Коллектив авторов - Происхождение Вселенной. Как с помощью теории относительности Эйнштейна можно проникнуть в прошлое, понять настоящее и предвидеть будущее Вселенной [litres]

Не выглядит ли все это попыткой поймать черную кошку в темной комнате, тем более что ее может там и не быть, как и темной материи во Вселенной? В 1983 году израильский физик Мордехай Милгром (род. 1946) предположил, что неоправданно высокие скорости движения звезд в галактиках можно объяснить другим способом: если гравитация ведет себя не так, как предсказывали Ньютон или Эйнштейн. Он указал, что наблюдаемое вращение в галактиках может быть объяснено, если второй закон Ньютона – сила равна произведению массы на ускорение или F = ma – модифицируется таким образом, что при очень малых ускорениях сила гравитации становится пропорциональной квадрату ускорения.

Однако в последние годы предположение Милгрома, получившее название MOND ( modified Newtonian dynamics ), столкнулось с серьезными проблемами. В частности, оно не может убедительно объяснить характер движения галактик внутри скоплений. Наблюдения, проведенные в 2006 году, выявили пару скоплений галактик в процессе слияния, получившую название скопление галактик Пуля. Движение скоплений указывает на то, что их центр притяжения не совпадает с областью, где сосредоточены газ и звезды, как следовало бы из теории MOND . Предположительно, темная материя сместила центр притяжения в другое место; исходя из этого, большинство космологов не считают более теорию MOND жизнеспособной альтернативой существованию темной материи. Скопление галактик Пуля не исключает существование различных модификаций гравитации, и некоторые радикальные альтернативы теории относительности претендуют на объяснение ряда эффектов, которые обычно приписывают темной материи (см. главу 8). Но это вовсе не означает, что все на свете нужно объяснять темной материей.

Чувствительность детекторов темной материи увеличивается в 10 раз примерно за каждые два года, так что первые несомненные доказательства существования частиц темной материи могут появиться в течение ближайших нескольких лет. Вот тогда мы, наконец, сможем пролить свет на свойства темной материи.

Придумывание новых частиц для объяснения недостающей массы Вселенной завело нас в никуда. Быть может, темная материя – это хорошо замаскированная обычная материя?

В июле 2015 года неожиданная гостья посетила Большой адронный коллайдер ЦЕРНа. Названная пентакварком, эта необычная частица представляет собой совершенно новый способ собрать воедино основные строительные кирпичики вещества. Это событие прозвучало приятной мелодией для ушей Гленна Старкмана, физика-теоретика из Университета Кейс Вестерн Резерв в Кливленде (штат Огайо, США). Он выдвинул смелую идею: во Вселенной существуют другие разновидности обычной материи, и их вполне достаточно, чтобы сыграть роль неуловимой темной материи.

Чтобы сформировать материю, которая нас окружает, элементарные частицы собираются в определенные стандартные конфигурации. Кварки группируются по трое и образуют составные частицы, известные как барионы, в том числе протоны и нейтроны, входящие в состав атомных ядер. Нам также известны эфемерные комбинации кварка и антикварка, называемые мезонами.

Но кварки – создания изворотливые и из-за особенностей связывающего их сильного ядерного взаимодействия в одиночку по Вселенной не плавают. Когда расстояние между кварками мало, эта связывающая сила слаба. Но как только расстояние возрастает, сила увеличивается, притягивая кварки друг к другу. Сильное взаимодействие зависит и от других причин, и физики настойчиво стараются понять в деталях, как кварки образуют мезоны и барионы.

Эта неопределенность привела к предположениям, что могут существовать другие формы материи. Еще в начале 1980-х годов физик и математик Эдвард Виттен из Принстонского университета предположил, что легкие кварки могут вступать в необычные комбинации со своими более тяжелыми «двоюродными братьями», такими как странные кварки (рис. 6.4). Эти кварки могут вырастать в большие аморфные пузыри, собирая все больше и больше новых частиц в небольшом объеме. Виттен назвал их «кварковые самородками». Брайан Линн, физик-теоретик из Университетского колледжа Лондона, и его коллеги позднее распространили эту гипотезу для объяснения других структур, таких как «странная барионная материя» и «хиральные жидкие капли» [4] Хиральность (от др.-греч. χειρ – рука) – свойство молекулы не совмещаться в пространстве со своим зеркальным отражением. – Прим. пер . .