За могущественной видимой Вселенной, которая ночами окутывает нас, скрывается нечто иное и гораздо более впечатляющее. Большинство астрономов сегодня считают, что девяносто пять процентов содержимого Вселенной невидимо. Все, что мы наблюдаем в повседневной жизни и на красивых картинках с телескопа «Хаббл», составляет, вероятно, лишь пять процентов от того, что скрывается в космосе. Остальное — темная материя и энергия — та часть реальности, которую мы только-только начали понимать. Так что же представляют из себя эти темные невидимые субстанции? И как мы можем быть настолько уверены в их существовании? Йостейн Рисер Кристиансен (р. 1981) — норвежский астрофизик, популяризатор науки.
Перевод с норвежского Евгении Ивановой
Художественное оформление серии Ильи Викторова
Йостейн Рисер Кристиансен (
Йостейн нередко участвует в различных проектах в качестве эксперта в области астрономии. Он также является одним из основателей научно-популярного блога kollokvium.no и соавтором учебника «Физика для учителей» (Gyldendal, 2011).
Астрономы любят темноту. Ночное темное небо — это наша лаборатория, наш объект исследования. Темная башня телескопа — это наше рабочее место. Любой искусственный свет мешает изучать слабое свечение космических тел. В эпоху химической фотографии — а многие еще помнят фотопленку и фотопластинки — мы работали в абсолютной темноте, на ощупь, чтобы не засветить чувствительную фотоэмульсию.
Очень любят астрономы темноту, но только если она не мешает, а помогает изучать небесные светила. Однако не всякая темнота помогает нам в этом. Темные облака космической пыли закрывают от нас многие уголки Галактики, оставляя их на долгие годы неисследованными. Луч света не проходит сквозь эти облака, и мы не видим, что находится за ними и внутри них. Поэтому такие черные пятна на звездном небе мы называем по-английски не black clouds (черные облака), a dark clouds (темные, загадочные, непонятные облака). Слово dark используется и в выражении dark side of the Moon, хотя все знают, что обратная сторона Луны вовсе не темнее видимой ее стороны, ведь на обеих бывают и день, и ночь. Но обратная сторона Луны веками оставалась загадочной, пока в 1959 году ее не сфотографировал наш космический зонд. В этот момент не стало одного из «темных» астрономических объектов, но вскоре ему на смену пришли другие.
В 1970-х стало окончательно ясно, что во Вселенной существует огромное количество вещества, обладающего гравитацией, но невидимого для телескопов любого типа — от рентгеновских до радио. Это невидимое вещество назвали по-английски dark matter. Оно до сих пор представляет загадку для ученых. Именно поэтому не black, a dark. По-русски мы называем его «темная материя», или «темное вещество», что точнее, поскольку материя — это все сущее, включая поля, а вещество — это частицы, которые можно остановить и взвесить. Армия физиков сейчас работает над тем, чтобы понять, что же такое это темное вещество. В книге об этом подробно рассказано.
Вторая и еще более загадочная сущность проявила себя в конце 1990-х, когда астрономы обнаружили, что наша Вселенная расширяется ускоренно. Источник этой расталкивающей антигравитационной силы назвали dark energy — «темная энергия». Природа этой энергии — наиболее серьезный вызов для современной физики, поскольку есть много теоретических идей, которые трудно пока проверить. А если вспомнить еще о черных дырах, с которыми тоже связано немало загадок, то можно сказать, что современные астрофизики в основном занимаются «темными делами».
Именно этим загадочным сущностям — темной материи и темной энергии — посвящена книга, которую вы взяли сейчас в руки. Советую вам не расставаться с ней, поскольку написана она профессионалом и предназначена для читателей, неравнодушных к загадкам природы. При этом от читателя не требуется глубоких знаний физики и астрономии — достаточно вспомнить кое-что из школьных курсов и с головой погрузиться в интересный рассказ о Вселенной.
Мне было, пожалуй, лет пятнадцать, и я только наткнулся на энциклопедию, в которой говорилось, что Солнце уже наполовину состарилось. Ему вроде бы пять миллиардов лет, а это половина жизненного цикла звезды. Через несколько дней я разглядывал ясное звездное небо. В тот момент наука впервые пошатнула веру в Бога. То было первое крупное осознание извне.