Луч света в темноте
Надо же думать, что понимать!
В.С. Черномырдин
        В астрономии, космологии и в теоретической физике интенсивно обсуждается гипотетическая форма материи, не участвующая в электромагнитном взаимодействии и потому недоступная прямому наблюдению. Предполагается, что она составляет около четверти массы-энергии Вселенной и проявляется в гравитационном взаимодействии. Понятие тёмной материи введено для теоретического объяснения проблемы скрытой массы в эффектах аномально высокой скорости вращения внешних областей галактик и гравилинз. Тёмная материя – это гипотетическая форма вещества, которая, по-видимому, не взаимодействует со светом или электромагнитным полем. Тёмная материя подразумевается под гравитационными эффектами, которые не могут быть объяснены ОТО, если только материи не присутствует больше, чем можно увидеть. Такие эффекты возникают в контексте формирования и эволюции галактик, гравитационного линзирования, текущей структуры наблюдаемой вселенной, положения масс при столкновениях галактик, движения галактик внутри скоплений галактик и анизотропии космического микроволнового фона.
        В стандартной космологической модели лямбда-CDM содержание массы – энергии во Вселенной составляет 5% обычной материи, 26,8% тёмной материи и 68,2% формы энергии, известной как тёмная энергия. Таким образом, тёмная материя составляет 85% от общей массы, в то время как тёмная энергия и тёмная материя составляют 95% от общего содержания массы и энергии. Тёмная материя взаимодействует с обычной барионной только гравитационно. Хотя астрофизическое сообщество в целом признаёт существование тёмной материи, меньшинство астрофизиков, заинтригованных конкретными наблюдениями, которые плохо объясняются обычной тёмной материей, выступают за различные модификации стандартных законов общей теории относительности. К ним относятся модифицированная ньютоновская динамика, тензорно–векторно–скалярная гравитация или энтропийная гравитация. Пока ни одна из предложенных модифицированных теорий гравитации не может успешно описать все данные наблюдений одновременно, предполагая, что даже если гравитацию придётся изменить, какая-то форма тёмной материи всё равно потребуется.
        В Стандартной модели физики элементарных частиц нет подходящих по свойствам кандидатов в частицы тёмной материи, поэтому частицы тёмной материи следует искать в расширенных моделях элементарных частиц. Список возможных кандидатов приведён в таблице в порядке возрастания их массы.
Кандидат  Гравитоны  Аксионы Стерильные нейтрино  Зеркальное вещество  Нейтралино  Сверхмассивные частицы  Монополи и топологические дефекты  Первичные чёрные дыры 
Масса 10–21 эВ  10–5 эВ 10 кэВ 1 ГэВ 1 ТэВ 1013 ГэВ 1019 ГэВ 10–16–102 МС
        В силу принципа эквивалентности движение частиц в гравитационном поле не зависит от их массы. Поэтому масса частицы тёмной материи остаётся пока неизвестной. Тем не менее известно, что частица тёмной материи – стабильная, электрически нейтральная и взаимодействующая слабо. Большинство перечисленных в таблице кандидатов никогда не находились в тепловом равновесии с излучением в ранней Вселенной. Исключением является нейтралино – гипотетическая частица, возникающая в минимальной суперсимметричной теории. Поиск частиц тёмной материи ведётся на больших ускорителях (например, в ЦЕРН) и в подземных детекторах по регистрации событий их упругого рассеяния на атомных ядрах вещества. Интересным следствием существования частиц тёмной материи является возможность наблюдения продуктов их аннигиляции (в случае, если частица тождественна своей античастице, как фотон) в местах повышенной плотности, например в ядрах галактик.
       Понятие тёмной материи введено для теоретического объяснения проблемы скрытой массы в эффектах аномально высокой скорости вращения внешних областей галактик и гравитационного линзирования. Среди прочих предложенных оно наиболее удовлетворительно. Всё бы хорошо, но дьявол, как всегда в деталях: единица измерения парсек определена, исходя из тезиса о прямолинейности луча света, а тёмная материя свет «линзирует», то есть изгибает. Скорости вращения внешних областей галактик вычисляются по расстояниям, рассчитанным именно в том предположении, что свет распространяется прямолинейно и с постоянной скоростью. А введённая из-за этих эффектов тёмная материя лучи света искривляет, меняя его скорость: «змея кусает свой хвост».
        В этом-то и кроется «хвост змеи»: если луч из-за тёмной материи «кривой», то «кривым» становится парсек, «кривыми» становятся и все астрономические карты, во всяком случае, количественно. Но тогда «кривыми» и под вопросом оказываются и все расчёты, породившие тёмную материю. Ту самую, которая искривляет лучи. При этом совершенно неважно, сколько петель сплела змея, прежде чем схватить свой хвост.
В оглавление