Книга Астрофизика начинающим: как понять Вселенную - Грегори Мон

Неужели ими просто пообедали?

Мы этого не знаем.

Энергия вакуума

Даже пустое пространство на самом деле не пустое. Мы называем его вакуумом – но это совсем не тот вакуум, который помогает нашим пылесосам втягивать в себя пыль, и не тот, что находится внутри электрической лампочки. Это область пространства, где вообще нет ни вещества, ни энергии. Но и в этих будто бы пустых областях, оказывается, бушует океан виртуальных частиц, постоянно то возникающих из пустоты, то снова исчезающих. Когда некоторые из таких частиц сталкиваются, они часто взаимно уничтожают друг друга, высвобождая при этом энергию. Энергию, рождающуюся в этих микростолкновениях, ученые называют энергией вакуума. Создаваемое ею давление действует против сил гравитации и может способствовать расширению Вселенной.

Итак, пространство между большими галактиками заполнено разнообразными формами вещества, и оно может загораживать от нас то, что лежит за ним. Это обстоятельство может помешать нам наблюдать самые далекие объекты Вселенной, такие, например, как квазары. Это слово многие слышали. Квазары – невероятно яркие центральные области галактик, на научном языке мы называем их сверхъяркими (или активными) галактическими ядрами. Обычно свет от них до наших телескопов идет миллиарды лет.

Почему мы не любим вакуум

Есть древнее изречение: «природа не терпит пустоты», то есть вакуума. Прекрасно известно, что маленькие дети и собаки боятся пылесосов, в которых ведь тоже образуется вакуум. Ну, с пылесосами все более или менее ясно – а как бы вы отнеслись к вакууму в межгалактическом масштабе? Мне почему-то кажется, что и в этом случае вы не были бы от него в восторге. Как уже говорилось в этой главе, вакуум – не самое уютное место, в нем не потусишь. Почему природа избегает вакуума и упорно старается наполнить его странными видами активности, мы не знаем. Но это так.

Проходя на своем долгом пути от квазара сквозь газовые облака и другие космические образования, свет немного меняет свойства, и астрофизики пользуются этим, чтобы понять, что происходит со светом за миллиарды лет его странствий. Например, мы можем сказать, проходил ли свет квазара через много газовых облаков. Свет от каждого из известных квазаров, где бы на небе тот ни находился, хранит в себе следы воздействия десятков пройденных им межгалактических облаков, рассеянных во времени и пространстве.

На этом рисунке квазар излучает в космическое пространство мощную струю энергии.

И хотя мы не можем видеть этих облаков, мы знаем о них.

Все это вместе – прожорливые галактики, убегающие звезды, раскаленные до сверхвысоких температур облака газа – делает межгалактическое пространство довольно интересным местом. Если добавить к этому перечню супер-пупер-высокоэнергетические заряженные частицы и таинственную энергию вакуума, можно уверенно сказать, что все самое захватывающее во Вселенной происходит именно между галактиками, а не внутри них.

Но я бы пока не советовал устраивать привал. Ведь так часто бывает в путешествии: начинается интересно, а кончается очень плохо.

5

Темная материя

Много лет назад, когда моя дочь была маленькой, она, сидя за обедом на своем детском стульчике, часто выполняла один увлекательный эксперимент. Удостоверившись, что я на нее смотрю, она тщательно выбирала на своей тарелке десятка два горошин потверже и потом, вытянув руку, по одной их роняла. Ни одна горошина не нарушила универсального закона тяготения. Все падали прямо на пол.

Гравитация – удивительная сила. Но в то же время и крайне труднопостижимая.

Ньютон и Эйнштейн объяснили, как тяготение действует на вещество в космосе. Их идеи можно применить ко всем, буквально всем видам материи, которые мы можем видеть, трогать, чувствовать, обонять и даже иногда пробовать на вкус: им подчиняются горошины, спелые яблоки, люди, планеты, гигантские звезды. И вот, согласно Ньютону и Эйнштейну, бóльшая часть материи во Вселенной, оказывается, потеряна. Я говорю «потеряна» не в том смысле, в котором говорят о потерянном носке – ведь он-то просто завалился под кровать, откуда его можно достать.

Наблюдая определенные звезды и галактики, астрофизики могут измерить силу тяготения в различных частях космоса. Как правило, если гравитация сильная, где-то поблизости мы видим большой объект или несколько. Гравитационное воздействие гигантской звезды или черной дыры, например, будет просто огромным. А притяжение небольшого космического камня, летящего в космосе, конечно, поскромнее.

Но уже много лет астрофизики регистрируют невероятно сильные гравитационные поля без всяких признаков каких-либо видимых масс, достаточных для создания таких полей. Что-то должно там быть, что-то должно генерировать эту силу притяжения. Но мы ничего не видим. Что бы ни было, «оно» не взаимодействует со знакомым нам веществом или энергией. И вот уже почти сто лет мы ждем, чтобы кто-то рассказал нам, почему же бóльшая часть – около 85 % – гравитации, измеряемой нами во Вселенной, связана с каким-то видом материи, которую мы никак не можем зарегистрировать.

Мы в полной растерянности.

Это одна из главных загадок науки. Сегодня мы не ближе к ее разгадке, чем в 1937 году, когда «проблема скрытой массы» была впервые сформулирована. Тогда американский астрофизик швейцарского происхождения Фриц Цвикки исследовал движения галактик в огромной области пространства в созвездии Волосы Вероники, называемом «скоплением Кома» – «кома» по-латыни и значит «волосы». Это гигантское скопление галактик лежит очень далеко от Земли: луч света из скопления Кома тратит 300 миллионов лет, чтобы попасть в наши телескопы.