Йэн Стюарт - Математика космоса [Как современная наука расшифровывает Вселенную]

Поскольку темное вещество проявляет, похоже, феноменальную скромность всякий раз, когда кто-то его всерьез ищет, нам следует рассмотреть также возможность того, что его вовсе нет в природе. Гравитационные эффекты, которые заставили космологов постулировать его существование, представляются бесспорными, так что нам, вероятно, следует поискать для них какое-то другое объяснение. Мы могли бы, к примеру, пойти по стопам Эйнштейна и заняться поисками нового закона гравитации. У него же получилось!

В 1983 году Мордехай Мильгром представил свою модифицированную ньютоновскую динамику (MOND). В Ньютоновой механике ускорение тела в точности пропорционально приложенной силе. Мильгром предположил, что при очень малых ускорениях это соотношение, возможно, нарушается [99] Второй закон движения Ньютона гласит, что F = ma , где F — сила, m — масса, a — ускорение. MOND заменяет эту формулировку на F = µ( a/a 0 ) ma , где a 0 — новая фундаментальная константа, определяющая ускорение, ниже которого закон Ньютона уже неприменим. Множитель µ( x ) есть неизвестная функция, которая при больших x стремится к 1, согласно закону Ньютона, но при малых x стремится к x , что дает наблюдаемые кривые вращения галактик. . В контексте кривых вращения это предположение можно интерпретировать также как небольшое изменение Ньютонова закона тяготения. Следствия из этой гипотезы были проработаны достаточно подробно, при этом различные возражения удалось отвести. MOND часто критиковали за то, что она не является релятивистской, но в 2004 году Яаков Бекенштейн сформулировал релятивистское обобщение, TeVeS (тензор — вектор — скалярная гравитация). Вообще неразумно критиковать новое предложение за то, что в нем будто бы чего-то не хватает, если сам не попытался это что-то найти.

Галактические кривые вращения не единственная гравитационная аномалия, обнаруженная астрономами. В частности, в некоторых скоплениях галактики, судя по всему, связаны между собой сильнее, чем может объяснить гравитационное поле видимого вещества. Самый яркий пример такой аномалии (по мнению сторонников темного вещества) имеет место в скоплении Пуля, где происходит столкновение двух галактических скоплений. Центр масс каждого из скоплений смещен по отношению к тому месту, которое можно найти по наиболее плотным областям нормального вещества, и считается, что расхождение не согласуется ни с одним нынешним предложением по модификации Ньютоновой гравитации. Однако это не конец истории, поскольку в 2010 году результаты нового исследования показали, что эти наблюдения не согласуются и с темным веществом в том виде, в каком оно фигурирует в Стандартной космологической модели ΛCDM. А Мильгром по-прежнему утверждает, что MOND способна объяснить наблюдения в скоплении Пуля. Долго считалось, что MOND не объясняет полностью динамику скоплений галактик, но она способна разобраться примерно с половиной расхождения, за которое в альтернативной модели отвечает темное вещество. За вторую половину, считает Мильгром, отвечает недоступное прямому наблюдению обычное вещество.

Это более вероятно, чем склонны признавать энтузиасты темного вещества. В 2011 году Изабель Гренье заинтересовалась тем, что космологические расчеты суммарного количества вещества не сходятся. Даже если забыть про темное вещество и темную энергию, не хватает примерно половины обычного (специальный термин: барионного) вещества. И ее группа нашла, что большое количество этого вещества может находиться в форме областей водорода, настолько холодного, что он не производит никакого излучения, которое мы могли бы регистрировать с Земли. Данные об этом получены из наблюдений излучения, которое рождают молекулы окиси углерода [100] Угарный газ. — Прим. ред. , связанные с космическими пылевыми облаками в пространстве между звездами. А где окись углерода, там обычно и водород, но он настолько холодный, что доступна наблюдениям только окись углерода. Расчеты позволяют предположить, что от внимания ученых таким образом ускользает громадное количество водорода.

И не только: из этого открытия следует, что наши нынешние представления сильно занижают количество нормального вещества. Не настолько, чтобы можно было во всех теориях заменить темное вещество на нормальное, имейте в виду, — но достаточно, чтобы требовалось заново осмыслить все расчеты, связанные с темным веществом. В частности те, что касаются скопления Пуля.