ЧТО ТАКОЕ ТЁМНАЯ МАТЕРИЯ?

Название «тёмная материя» манит и завораживает, вызывая из памяти ночные страшилки из детского лагеря. Помните? «В чёрном-чёрном лесу…» – и так далее. На самом деле ничего страшного в тёмной материи нет. А вот непонятного, загадочного хватает! Для того чтобы разобраться, что такое тёмная материя, нужно понять, откуда она взялась.

НАЧНЁМ С ПРОСТОГО

Все без исключения небесные тела, входящие в Солнечную систему, – планеты, спутники, астероиды, планетоиды, кометы – вращаются вокруг Солнца. При этом выполняются три закона орбитального движения, открытые ещё в 17-м веке немецким астрономом Иоганном Кеплером.

Согласно третьему закону Кеплера скорость движения планеты по орбите зависит от расстояния: чем дальше от Солнца расположена планета, тем медленнее её скорость, тем длиннее становится период её обращения вокруг Солнца (то есть планетарный «год»).

Например, Меркурий, самая близкая к Солнцу планета, делает полный оборот всего лишь за два с половиной земных месяца. А вот Юпитер, который располагается намного дальше, чем Земля, и движется намного медленнее: год на Юпитере длится 12 земных лет. На последней из крупных планет нашей системы, Нептуне, год длится 164 земных года!

Долгое время астрономы считали само собой разумеющимся тот факт, что все небесные тела должны подчиняться законам Кеплера точно так же, как планеты нашей Солнечной системы. Однако в ХХ веке было сделано удивительное открытие...

НИ-ЧЕ-ГО НЕ ПОНИМАЮ...

Миллиарды звёзд не разбросаны в пространстве случайным образом – они сгруппированы в гигантские галактики. Например, наша галактика – Млечный Путь – содержит больше 200 миллиардов звёзд. Все эти звёзды (включая наше Солнце) вращаются вокруг так называемого галактического центра, который расположен в созвездии Стрельца. Один галактический «год», то есть полный оборот вокруг центра галактики, для Солнца составляет около 250 миллионов лет.

Согласно законам Кеплера следовало бы предположить, что звёзды, которые расположены ближе к центру галактики, должны вращаться вокруг него быстрее, а звёзды, расположенные дальше, чем Солнце, напротив, должны вращаться вокруг галактического центра медленнее – аналогично планетам нашей Солнечной системы. Однако неожиданно обнаружилось, что это совсем не так!

СПАСИТЕ КЕПЛЕРА!

Когда астрономы получили возможность изучать вращение галактик – как нашего Млечного Пути, так и других галактик, например, туманности Андромеды (М31) или туманности Водоворот (М51), – выяснилось, что скорость вращения звёзд практически не изменяется. Со стороны это выглядело так, как будто звёзды вращаются не в пустом космическом пространстве, а как бы «склеены» между собой эластичными нитями из невидимого вещества.

Физики и астрономы оказались в крайне сложной ситуации – с одной стороны, усомниться в справедливости законов Кеплера нельзя, поскольку при этом нам придётся отказаться и от закона всемирного тяготения Ньютона. С другой стороны, наблюдаемые факты упрямо говорили о том, что движение звёзд вокруг центра галактики законам Кеплера не подчиняется.

Законы Кеплера – и, главное, закон всемирного тяготения! – надо было срочно «спасать». Тогда-то и было принято решение – ввести некую гипотетическую, то есть воображаемую, форму материи, которая и служит тем самым «клеем», соединяющим звёзды галактики в единую массу. Эту материю назвали «тёмной».

ПОЧЕМУ ТЁМНАЯ?

Вы можете подумать, что тёмная материя имеет чёрный цвет. Но это не так. Самое главное свойство тёмной материи – она обладает массой, но при этом совершенно никак не реагирует на электромагнитное излучение (например, на свет, радиоволны или рентгеновские лучи). Говоря другими словами, она не может «светиться», но и не может быть чёрной, поскольку не поглощает свет в точности так же, как не излучает его.

Тёмная материя абсолютно прозрачна, то есть невидима – причём невидима абсолютно! Например, мы не видим радиоволн глазами, но мы можем сконструировать радиопередатчик и радиоприёмник, с помощью которых можно убедиться в существовании радиоволн. Для тёмной материи такое невозможно – она «невидима» в любых лучах электромагнитного спектра. Мало того, она не может взаимодействовать с «обыкновенными» молекулами нашего мира посредством электрических связей, поэтому тёмная материя ещё и «неосязаема». Но, что самое удивительное, математические расчёты показали, что в нашей Вселенной тёмной материи существенно – в пять раз! – больше, чем обычного вещества!

НУ ВОТ, НЕ ПОВЕЗЛО...

Как видите, тёмная материя оказалась веществом, намного более невероятным, чем любые волшебные зелья из книги про Гарри Поттера – вроде бы она есть, и её много, причём очень много, но увидеть её нельзя, и пощупать тоже нельзя, и ведёт себя она совершенно непостижимым образом!

Например, поскольку она обладает массой, то, как и обычная материя, должна концентрироваться ближе к центру галактики, образовать там «сгусток». Но цифры показали совершенно иное: тёмная материя, в отличие от обычной, концентрируется не в центре галактики, а напротив, «по краям».

Изначально учёные предполагали, что тёмная материя в нашей галактике распределяется более-менее равномерно, и какое-то её количество должно быть в пределах нашей Солнечной системы. Однако наблюдения и расчёты показали, что в нашей системе и её ближайших окрестностях тёмной материи почему-то или нет совсем, или ничтожно мало...

А МОЖЕТ, ЕЁ И НЕТ?

Свойства тёмной материи настолько необычны, что многие исследователи до сих пор сомневаются, существует ли она на самом деле. Многочисленные косвенные доказательства говорят в пользу её существования, однако прямых доказательств учёные до сих пор так и не получили. Возможно, в будущем будут совершены открытия в физике и астрономии, которые позволят или стопроцентно убедиться в достоверности тёмной материи, или, напротив, отказаться от этой гипотезы в пользу более новой и правдоподобной.

Не удивляйтесь, в физике подобное уже было, и не раз. Когда-то учёные считали, что тепло – это невидимая и неосязаемая (ничего не напоминает?) жидкость, которая называется «теплород». Или, скажем, до начала 19-го века 99% учёных были убеждены в существовании «мирового эфира», гипотетической субстанции, необходимой для передачи света и других электромагнитных волн. В пользу существования этого «эфира» говорило большое количество косвенных доказательств (как и в случае с тёмной материей!), но в начале 20-го века были созданы новые физические теории, которые позволили отказаться от идей «мирового эфира» и отбросить их как устаревшие.

Произойдёт ли подобное с тёмной материей? Получим ли мы прямые доказательства её существования, или же новые научные открытия отправят тёмную материю в одну компанию с другими воображаемыми физическими субстанциями – эфиром и теплородом?

Наука не стоит на месте, и, возможно, в один прекрасный день мы получим ответ на этот важный вопрос.

https://lychik-school.ru/archive/

Источник: lychik-school.ru