В.А. Коноваленко
О «тёмных» сущностях
Вначале было слово...
        Предлагаемые вниманию читателя размышления по сути продолжают мою статью в «Виртуальном мире» № 1 2017 г. «О сохранении законов сохранения». Речь идёт о субстанциональности пространства Вселенной в ключе приоритета факта перед его интерпретациями. Соблюдение такого приоритета совсем не простое дело. Ведь суть науки именно в том и заключается, чтобы субъект, добывший новое знание, передал его (научил) остальным. А для этого добытчик (исследователь) должен интерпретировать новое сперва для себя, а потом и для других. Вот на этих-то интерпретациях и начинаются проблемы.
        Роберт Бойль провёл множество наблюдений в области теплообмена и установил ряд важных закономерностей, которые признаны и действуют до сих пор. Но, объясняя собственные наблюдения и для себя, и для окружающих, он придумал теплород, который хорошо объяснял все его наблюдения. К счастью, с небольшим интервалом были сделаны опыты Ломоносова, ликвидировавшие теплород как таковой.
        Увы, совсем не так произошло с «инерцией». Галилей интерпретировал свои наблюдения за движенинем тел в виде «способности сохранять» (состояние покоя или равномерного прямолинейного движения), что породило усилиями Ньютона и «массу», и «инерцию», и «силы инерции», и многое другое, вплоть до «принципа эквивалентности». Интересно, куда бы пошла физика, если бы Галилей сказал: «тело не способно изменять своё состояние покоя или равномерного прямолинейного движения без внешнего воздействия»? Ведь для «способности» требуется наличие некоего свойства, а для «импотенции» нет! Чистая филология с серьёзными физическими последствиями!
        Эти проблемы хорошо понимали ещё древние мудрецы, советовавшие любой диспут начинать с определения терминов, добиваясь однозначного понимания диспутантами ключевых слов будущего обсуждения. Увы, наряду с математизацией физики, позволившей заменять слова условными знаками (дельта-функция, лямбда-член и т.д.), обязательное определение и самих понятий, и обозначающих их терминов всё чаще игнорируется, дескать, это всем и так очевидно. Между тем, определение «по определению» прежде всего должно чётко ограничивать область использования того или иного понятия и обозначающего его термина, делая его понимание однозначным.
        Вербальные непонимания и недопонимания в своё время породили эфир, затем Лоренц сделал эфир необнаружимо-недоступным, Эйнштейн эфир ликвидировал и сделал вакуум абсолютно пустым, а нынешние физики-теоретики снова его наполняют всевозможными (увы, тоже не наблюдаемыми и не обнаружимыми) сущностями, в частности, «тёмной» материей. «Тёмная» материя в астрономии и космологии, а также в теоретической физике – некая гипотетическая форма материи, которая не испускает электромагнитного излучения и напрямую не взаимодействует с ним. Это свойство данной формы вещества делает невозможным её прямое наблюдение (примерно так же, как эфир Лоренца).
        История её появления такова: в 1922 году астрономы Джеймс Джинс и Якобус Каптейн исследовали движение звёзд в нашей Галактике и пришли к выводу, что бо'льшая часть вещества в галактике невидима. В этих работах, вероятно, впервые появилось понятие «тёмная материя». Широкое распространение понятие получило после работ Фрица Цвикки, который употребил его в 1933 году в своей работе. Цвикки измерил радиальные скорости восьми галактик в скоплении Кома (созвездие Волосы Вероники) и обнаружил, что для устойчивости скопления приходится предположить, что его полная масса в десятки раз больше, чем масса входящих в него звёзд. Позднее другие астрономы пришли к таким же выводам для многих других галактик.

Рис. 1. «Галактическое гало» из «тёмной материи».
        С 1960-х годов, когда начался бурный прогресс наблюдательных средств астрономии, число доводов в пользу существования «тёмной материи» быстро возросло. При исследовании движения спутников галактик и близко расположенных шаровых скоплений было подтверждено, что общая масса каждой галактики в несколько раз превышает суммарную массу её звёзд. Оказалось, что «тёмное» вещество взаимодействует со «светящимся» (барионным), по крайней мере, гравитационным образом и представляет собой среду со средней космологической плотностью, в несколько раз превышающей плотность барионного.

Рис. 2. Карта плотности «тёмной материи» для галактики MACSJ0416. Изображение: sciencemag.org
        Астрономы из США, Великобритании, Франции, Швейцарии и Италии представили самую детальную на сегодня карту распределения «тёмной материи» в пределах трёх скоплений галактик. Карты составлены для скоплений галактик Abell 2744, MACSJ 0416 и MACSJ 1149. Эти связанные гравитацией звёздные системы использовались в качестве гравитационных линз, позволивших определить распределение «тёмной материи» в фоновой части Вселенной. Авторы карты утверждают, что она точно соответствует компьютерной модели и теоретическим предсказаниям. Насколько она верна фактически – вопрос. Так, согласно предсказаниям теорий, среднее количество «тёмной материи» в окрестности Солнца должно быть примерно 0,5 кг в объёме Земли. Однако измерения дали значение 0,00±0,06 кг в этом объёме.
        Однако, «тёмной материей» дело не кончилось! Ранее существовавшие космологические модели предполагали, что расширение Вселенной замедляется. Они исходили из предположения, что основную часть массы Вселенной составляет материя – как видимая, так и невидимая («тёмная»). В конце 1990-х годов новыми наблюдениями (точнее, расчётами по данным новых наблюдений) было обнаружено ускорение расширения, на этом основании было постулировано существование неизвестного вида энергии с отрицательным давлением – «тёмной энергии».
        «Тёмная энергия» в космологии – гипотетический вид энергии, введённый в матмодель Вселенной ради объяснения её ускоренного расширения. Существует два варианта описания «тёмной энергии» (описания, а не строгого определения):         Согласно опубликованным в марте 2013 года данным наблюдений космической обсерватории «Планк», интерпретированным с учётом стандартной космологической модели Лямбда-CDM, общая масса-энергия наблюдаемой Вселенной состоит на 4,9% из обычной (барионной) материи, на 26,8% из «тёмной» материи и на 68,3% из «тёмной» энергии. Таким образом, Вселенная на 95,1 % состоит из «тёмных», не наблюдаемых сущностей (то есть, компьютер моделирует Вселенную по её наблюдаемому пятипроцентному кусочку!) Какая уж тут точность! Зато появилась ещё одна «темнота» – «тёмная энергия», пожалуй, ещё более «тёмная», чем «тёмная материя».

Рис. 3. Состав Вселенной по данным WMAP, используемым в рамках модели Лямбда-CDM
        Поскольку и материя, и энергия  (даже «светлые», тем более «тёмные») со времён Галилея и Ньютона до настоящего времени так и не получили строгого определения, граница между этими понятиями остаётся на совести астрономов. Конечно, это не означает, что работа астрономов бессмыслена. Напротив, накопление фактов, на первых порах разрозненных, рано или поздно даст качественный скачок, нужно только отделять «зёрна от плевел», наблюдённое от вычисленного, а вычисленное обязательно доводить до наблюдений (хороший тому пример – среднее количество «тёмной материи» в окрестности Солнца).
        А вот строить прогнозы развития Вселенной при такой базе вычислений, хотя и безопасно с точки зрения и самих астрономов, и человечества в целом (слишком сроки «астрономические», – не доживём и не проверим!), но столь же и бесполезно. Между тем сценарии будущего Вселенной существуют самые экзотические. Один из них предполагает, что фантомная энергия приведёт к так называемому «расходящемуся» расширению. Подразумевается, что расширяющая сила действия «тёмной энергии» продолжит неограниченно увеличиваться, пока не превзойдёт все остальные силы во Вселенной. По этому сценарию, «тёмная энергия» со временем разорвёт все гравитационно связанные структуры Вселенной, затем превзойдёт силы электростатических и внутриядерных взаимодействий, разорвёт атомы, ядра и нуклоны и уничтожит Вселенную в Большом Разрыве...
        Между тем, основой всех теорий расширения Вселенной служит «красное смещение», предполагающее пустоту вакуума и чисто допплеровское происхождение этого смещения. Заполнив вакуум «тёмными сущностями», следует допустить их влияние на сам процесс распространения электромагнитных волн и механизм «красного смещения». Возможно, «красное смещение» – результат именно этого влияния, а не убегания звёзд и галактик. Это ставит под вопрос не только будущие апокалипсисы, но и само расширение Вселенной (в том числе и Большой Взрыв), тем более ускорение расширения (а значит, само существование «тёмной энергии»). В итоге, «в сухом осадке», возможно останется признание заполненности вакуума «тёмной материей», составляющую основную массу Вселенной.
        В связи с указанным ранее отсутствием строгих определений материи и энергии имеет смысл обозначить обе «тёмных сущности» («тёмную материю» и «тёмную энергию») объединённым термином – «тёмный вакуум», понимая под этим то, что остаётся от вакуума после удаления из него «светлых» форм, то есть как минимум два поля: электромагнитное и гравитационное. О других полях, если они есть, мы ничего не знаем, но о самом «тёмном вакууме» нам уже кое-что известно, причём, не из гипотез и вычислений:
        во-первых, корпускулярной компоненты «тёмного вакуума» ни в галактиках, ни в галактических гало до сих пор не обнаружено;
        во-вторых, «тёмный вакуум» может проявлять себя в роли гравитационной линзы, действуя и на волновую, и на корпускулярную компоненты видимой Вселенной;
        в-третьих, каким-то, пока не известным образом, он способен на силовое взаимодействие с э/м волнами, обеспечивая создание электромагнитной тяги (опыты Глушко, Шойера).
        Именно это третье свойство «тёмного вакуума» ставит под сомнение и постоянную Хаббла, и само расширение Вселенной. «Стабилизация» Вселенной скажется на расчётах «тёмной энергии» (в их основе было именно разбегание галактик), но никак не затронет «тёмную материю». В пределе (без учёта «тёмной энергии») состав Вселенной может быть таким: «тёмная материя» ~ 85%, несветящиеся компоненты ~ 13,5%, светящаяся материя ~ 1,5%.

Рис. 4. «Галактическое гало» и магнитное поле галактики.
        В заключение обратим внимание на то, что «светлая» материя галактики собрана в диск, а «тёмная» в шар, охватывающий магнитное поле галактики, как показано на рис. 4. Это может послужить поводом для изучения взаимодействия (прямого или опосредованного) «тёмной материи» и магнитной компоненты э/м
В оглавление