Виктор де Касто - Pro темную материю

• Название: Pro темную материю
• Автор: Виктор де Касто
• Жанр: Образовательная литература
• Год: 2016
• ISBN: 978-5-906150-74-5

Почему 22 % материи во Вселенной называют темной? Потому что ее не видно в традиционном смысле и даже в оптическом диапазоне длин волн, как видно обычную, светящуюся материю. Темная материя не принимает участия в электромагнитном взаимодействии. При этом она однозначно существует.

Еще большую долю, 74 %, в составе Вселенной занимает темная энергия, предположение о существовании которой было высказано после наблюдений за сверхновыми и расширяющейся Вселенной. Свойства этой субстанции оказались очень странными…

По мнению ряда ученых, без темной материи и темной энергии невозможно возникновение и существование самих галактик, звезд в галактиках, звездных систем, планет и жизни.

Автор увлекательно рассказывает об истории изучения Вселенной, о великих астрономах, астрофизиках и космологах, их попытках узнать или, скорее, рассчитать судьбу Вселенной.

---

Но радиоантенна температуру не измеряет, по крайней мере, непосредственно. Температура предмета определяет движение электронов – чем она выше, тем больше движения. Движения электронов в свою очередь производят радиошумы – чем больше движения, тем больше шума. Поэтому интенсивность шума может сказать о силе движения электронов, а это даст температуру предмета – или эквивалентную температуру радиошума.

В ящике со светонепроницаемыми стенками единственным источником радиошума будут движения электронов в стенках. Если в ящик-Вселенную поставить радиоприемник, то интенсивность атмосферных помех даст эквивалентную температуру стен «Вселенной» – реликтовое излучение.

Что это такое? Это фоновое космическое излучение, спектр которого близок к спектру абсолютного черного тела с температурой около 3К. Происхождение реликтового излучения в настоящее время связывают с эволюцией Вселенной, которая, как считают сторонники теории Большого взрыва, в самом начале имела очень высокую температуру и плотность излучения. Реликтовое излучение наблюдается на волнах от нескольких миллиметров до десятков сантиметров. Оно практически изотропно.

В 1964 году Пиблс взялся за определение температуры реликтового излучения – эквивалентной атмосферным помехам, которые будет определять антенна, изготовленная Роллом и Уилкинсоном. А те двое стали усовершенствовать радиометр, изобретенный Дикке во время Второй мировой войны, когда он в Массачусетском технологическом институте изготовил прибор для определения чувствительности радаров.

Тем временем Арно Пензиас и Роберт Вильсон занялись изучением радиоволн от звезд не в центре Млечного Пути, как делали все до них и куда смотрело большинство астрономов, а в другом направлении, на его крае. Практически одновременно Пиблс и Пензиас с Вильсоном пришли к похожим выводам с помощью своих антенн. Хотя полностью данные наблюдений и расчетов не совпали, они были близки.

Две группы – четверо из Принстонского университета и двое из Bell Labs (Пензиас и Вильсон) – обсудили свои находки и решили публиковать две статьи в Astrophysical Journal (Астрофизическом журнале). Но до того как вышли их статьи, репортер «Нью-Йорк Таймс», имевший контакты в «Астрофизическом журнале», опубликовал ставшую весьма популярной статью «Сигналы подразумевают Вселенную Большого взрыва».

Первооткрыватели реликтового излучения, американские ученые Арно Пензиас и Роберт Вильсон. Год открытия – 1964.

В конце концов данные по температуре реликтового излучения – 3К – совпали. Добавлю, что занимались этим не только упомянутые ученые. Еще в 1948 году Ральф Альфер и Роберт Херман рассчитали, что остаточное (реликтовое) излучение от ранее горячей Вселенной в настоящее время составляет около 5К, то есть на 5 градусов выше абсолютного нуля, но астрономы того времени заявили, что определить и подтвердить их расчеты с имеющейся на тот момент техникой невозможно. В 1964 году похожие расчеты сделал Фред Хойл, сторонник теории стационарной Вселенной и отец термина «Большой взрыв» совместно с британским астрономом Роджером Тайлером. На цифре 3К ученые сошлись в декабре 1965 года.

Своим существованием реликтовое излучение подтверждает теорию Большого взрыва и модель горячей расширяющейся Вселенной. При расширении Вселенная остывает, поэтому длина волны реликтовых фотонов должна возрастать: в настоящее время регистрируется фон с температурой 2,725 К, что соответствует миллиметровому диапазону. Доказательства позволили сделать выбор между теорией Большого взрыва и стационарной Вселенной, ведь до 1964 года обе теории основывались не на наблюдениях и математических расчетах, а больше на рассуждениях и предположениях. Но неужели когда-нибудь наша Вселенная остынет окончательно?

Вера Купер-Рубин

Вера Рубин (урожденная Купер) – пожалуй, самая известная женщина-астроном. Она родилась в 1928 году в Филадельфии. Она никогда не была теоретиком и называет себя наблюдателем.

Первый телескоп с трубой из куска линолеума помог Вере построить отец. Конечно, с его помощью она не могла фотографировать звезды, не могла полноценно следить за их движением (если быть более точными, их кажущимся движением, так как вращение Земли создает иллюзию, будто звезды движутся по ночному небу). Но именно движение звезд разбудило в Вере интерес к астрономии. Окно ее комнаты на втором этаже выходило на север, она каждую ночь смотрела на небо в этом направлении, и скоро поняла, что звезды медленно идут по кругу вокруг какой-то точки, а в разные времена года звезды меняются. И с тех пор предпочитала следить за движениями звезд на ночном небе, а не спать. Она запоминала движения небесных тел, а утром записывала их в тетрадку.

Вера Рубин, американский астроном, одна из пионеров развития концепции вращения галактик (род. в 1928)

Можно сказать, что Вера Купер смотрела на Вселенную в некотором роде как Ньютон: материя в движении; предсказуемые модели и схемы; небесные тела (и Земля среди них), несмотря на все свои странствия по небу, в конце концов возвращаются в изначальное место. Но Вера Купер родилась уже после того, как Эдвин Хаббл объявил, что Млечный Путь – не единственная галактика в нашей Вселенной, и за год до того, как он объявил, что галактики расходятся, и что чем дальше они находятся друг от друга, тем быстрее. То есть единственная Вселенная, которую знала Вера Купер, состояла из галактик, и эти галактики находились в движении.

При выборе темы научной работы для получения степени магистра в Корнельском университете, где она изучала физику и астрономию, Вера решила заняться старым взглядом на космос, работающий как часы, но представить его обновленную версию с учетом новой информации о расширяющейся Вселенной. Отмечу, что она не смогла поступить в аспирантуру Принстонского университета, так как на специальность «Астрономия» женщин не принимали вплоть до 1975 года. Вера Купер решила: раз Земля вращается вокруг своей оси, Солнечная система тоже вращается, галактики вращаются – то и у Вселенной, возможно, имеется ось. Может, вращается вся Вселенная.

Это предположение показалось ей разумным. И не только ей. Она вышла замуж за Роберта Рубина, который в то время писал диссертацию по физике, и муж показал ей статью американского физика-теоретика русского происхождения Георгия Гамова (1904–1968) «Вращающаяся Вселенная?», опубликованную в журнале Nature (Природа). Затем она узнала, что Курт Гедель (1906–1978), логик и математик, родившийся в Австро-Венгрии и перебравшийся в США в 1940 году, работает над теорией вращающейся Вселенной в Принстонском университете.

Вера Рубин стала почетным доктором множества университетов и двух академий наук, автором 114 статей и нескольких книг, ее имя известно всем современным астрономам, ее вклад в науку трудно недооценить.

Вера Рубин собрала данные по 108 галактикам, в случае которых астрономы смогли измерить красное смещение. Затем она отделила движения, которые происходили из-за расширения Вселенной, и задалась вопросом: а оставшиеся движения, которые казались странными, соответствуют какой-то модели или схеме? Она считала, что да. Ей было всего 22 года, до получения степени магистра оставалось полгода, когда она представила свою работу на заседании Американского Астрономического Общества в декабре 1950 года. Мнение собравшихся оказалось единогласным: само предположение странное, данные слабоваты, вывод неубедительный.

Здесь я не могу не отметить, что практически на протяжении всей своей научной карьеры Вера Рубин сталкивалась с критикой мужчинами, нежеланием принимать ее работу и выводы и даже враждебностью. Мужчины не хотели допускать женщину в астрономию, которая долгое время была исключительно их вотчиной. Ее хобби – рисование – привело к предложению рисовать картины на астрономические темы при отказе принять ее в колледж по специальности «Астрономия». В ее официальной биографии упоминается фраза школьного учителя физики: «У тебя все будет хорошо, пока будешь держаться подальше от науки».

Конечно, помогала уверенность в себе, и Вера не стала расстраиваться после того выступления на заседании Американского Астрономического Общества в 1950 году. Она просто подготовила научную работу для получения степени магистра и посчитала, что полученный результат стоит того, чтобы о нем сообщить. Это было ее первое посещение заседания Общества, ранее она почти не встречалась с профессиональными астрономами. Однако это выступление стало для Веры Рубин хорошим уроком. Она поняла, что еще остается новичком в астрономии, а ее работа совсем не соответствует общему направлению проводимых исследований.

Тогда она не знала, что Гамов был почти единственным среди астрономов, а Гедель среди теоретиков, считавших вопрос вращения Вселенной вообще стоящим серьезного внимания. Сам Гамов признавал, что эта идея на первый взгляд кажется фантастической. Но что если вы не полагаетесь на свой «первый взгляд»?