Станислав Матвеев писал(а):Большая наука замерла в ожидании ответов на принципиальные вопросы о строении материи и Вселенной. Один из них — какова природа темных материи и энергии, невидимых, но мощных сил, которые заставляют двигаться галактики совсем не так, как следует из обычных наблюдений и заслуженных теорий.
Ключевые слова здесь "обычные наблюдения" и "заслуженные теории"...
Не совсем просто.
…Эйнштейн попытался применить свою только что рожденную общую теорию относительности (ОТО) ко всей Вселенной в целом. Решая уравнения ОТО, он столкнулся с проблемой: получалось, что рано или поздно все вещество стационарной Вселенной под действием гравитационных сил непременно соберется в один огромный ком – произойдет гравитационный коллапс. Поэтому Эйнштейн ввел в свои уравнения некую придуманную им космологическую постоянную – этакое фривольное архитектурное излишество на строгом фасаде здания ОТО. Присутствие в уравнениях космологической постоянной намекало на присутствие неизвестной силы, действие которой противоположно силе гравитационного притяжения масс. Эта сила не позволяла веществу свалиться в безобразную общую кучу. Эйнштейн как бы гвоздями прибил галактики к тверди небесной….
На искусственность этой меры указал петербургский математик Александр Фридман. Он показал, что найденное Эйнштейном решение – лишь частный случай более широкого спектра решений, что портить уравнения ОТО, вводя космологическую постоянную, вовсе не обязательно. Вместо этого он предложил искать решение уравнений ОТО не в стационарном, а в равномерно расширяющемся пространстве.
Однако расширение пространства означает, что Вселенная не стационарна. И более того, у нее есть начало и может быть конец. Человеку классического мировоззрения нелегко принять такую модель мира.
…..Гипотеза о темной материи возникла в 1931 году. Швейцарец Фриц Цвикки пересчитал все галактики в одном скоплении и по их светимости – чем ярче, тем больше звезд, тем тяжелее – оценил общую массу. Затем по красному смещению спектральных линий Цвикки определил разброс скоростей галактик. И тогда он обнаружил, что скорости слишком велики и найденного по светимости количества материи явно недостаточно. Гравитационное поле, порожденное такой небольшой массой, не удержит галактики в скоплении – улетят и не вернутся. Почему не улетают?
Цвикки выдвинул смелую гипотезу: в богатых скоплениях присутствует невидимая, скрытая масса, которая и удерживает галактики. Большинство астрономов скептически восприняли его результаты. А может, скопление галактик – это временная конструкция, говорили они. Может, она распадается, а галактики – разлетаются. Тогда никакой скрытой массы не надо, хватит и той, что светится. Короче, не поверили.
Не поверили и молодому датчанину Яну Оорту, который в 1932 году изложил свои исследования динамики звезд нашей Галактики. Оорт рассуждал: поскольку эти силы, удерживающие звезды в пределах диска, имеют гравитационный характер, то можно на основании измеренных скоростей звезд оценить требуемое количество вещества. В своих вычислениях он учел массы всех известных к тому времени типов звезд в диске, а также вклад облаков космического газа и пыли, – однако суммарная величина «видимой» массы оказалась заметно меньше ожидаемой – всего лишь 30–50% от значения, необходимого для того, чтобы звезды не покинули пределы Галактики.
В 1960 году Оорт повторил вычисления и получил тот же результат. Все равно не поверили…
Наступили 70-е годы. Стало возможным измерение скоростей вращения звезд и газовых облаков галактического диска вокруг центрального ядра галактики. Научились строить экспериментальные зависимости скорости вращения вещества галактики от расстояния до ее центра. Эти зависимости получили название «кривые вращения».
Если предположить, что силы, удерживающие звезды диска на круговой орбите, имеют гравитационную природу, то можно на основе кривых вращения оценить массу вещества галактики и ее распределение вдоль радиуса.
Астрономы с молоком альма матер усвоили, что масса светящейся материи, т.е. количество звезд в диске, сильно убывает с удалением от центра галактики. В популярных книжках тех лет кривую вращения для звезд галактики уверенно рисовали спадающей к краю диска. Никто скорости звезд не измерял (техника еще не позволяла), но логика подсказывала, что звезды диска вращаются вокруг тяжелого ядра словно планеты – вокруг Солнца: чем дальше от центра, тем меньше скорость вращения.
И вот на сцену выходит Вера Рубин, которая казалась инопланетянкой в элитном астрономическом обществе, состоящем почти сплошь из мужчин. Она продемонстрировала ученому миру вожделенные кривые вращения. Наверное, Вера Рубин не читала популярных книжек. Или не любила, когда ей подсказывали – даже если это сама Логика. Она просто просканировала с помощью спектрометра видимые с ребра галактические диски от центра к краю и построила экспериментальные кривые вращения.
Это был шок! Кто бы мог подумать, что скорости звезд к краю диска не только не уменьшаются, оставаясь постоянными, но даже заметно возрастают...
Это могло означать только одно – галактика окружена гало (оболочкой, короной) из несветящейся материи. Невидимое вещество гало своим гравитационным полем не дает звездам покинуть галактику и тем самым спасает ее от распада. Без этой невидимой массы галактика непременно распадется.
На сегодняшний день кривые вращения – самое убедительное свидетельство в пользу существования темной материи во Вселенной. Спрашивается: что это за материя и почему не видна? Это, конечно, вопрос! Очевидно только основное ее свойство: она создает гравитационное поле (имеет массу), но не излучает (или почти не излучает) электромагнитных волн....