Тёмная энергия и материя

Наконец, еще один путь связан с регистрацией продуктов  аннигиляции частиц темной материи  между собой. Эти частицы должны скапливаться в центре Земли и  в центре Солнца (вещество для них  практически прозрачно, и они  способны проваливаться внутрь Земли или Солнца). Там они аннигилируют друг с другом, и при этом образуются другие частицы, в том числе нейтрино. Эти нейтрино свободно проходят сквозь толщу Земли или Солнца, и могут быть зарегистрированы специальными установками — нейтринными телескопами. Один из таких нейтринных телескопов расположен в глубине озера Байкал (НТ-200), другой (AMANDA) — глубоко во льду на Южном полюсе.

Приходящее, например, из центра Солнца, может с малой вероятностью испытать взаимодействие в воде, в результате чего образуется заряженная частица (мюон), свет от которой и регистрируется. Поскольку взаимодействие нейтрино с веществом очень слабое, вероятность такого события мала, и требуются детекторы очень большого объема. Сейчас на Южном полюсе началось сооружение детектора объемом 1 кубический километр.

Имеются и другие подходы  к поиску частиц темной материи, например, поиск продуктов их аннигиляции  в центральной области нашей  Галактики. Какой из всех этих путей  первым приведет к успеху, покажет  время, но в любом случае открытие этих новых частиц и изучение их свойств станет важнейшим научным достижением. Эти частицы расскажут нам о свойствах Вселенной через 10^–9 с (одна миллиардная секунды!) после Большого Взрыва, когда температура Вселенной составляла 10¹⁵ градусов, и частицы темной материи интенсивно взаимодействовали с космической плазмой.

6. Темная энергия

Темная энергия — гораздо более странная субстанция, чем темная материя. Начать с того, что она не собирается в сгустки, а равномерно «разлита» во Вселенной. В галактиках и скоплениях галактик её столько же, сколько вне их. Самое необычное то, что темная энергия в определенном смысле испытывает антигравитацию. Я уже говорила, что современными астрономическими методами можно не только измерить нынешний темп расширения Вселенной, но и определить, как он изменялся со временем. Так вот, астрономические наблюдения свидетельствуют о том, что сегодня (и в недалеком прошлом) Вселенная расширяется с ускорением: темп расширения растет со временем. В этом смысле и можно говорить об антигравитации: обычное гравитационное притяжение замедляло бы разбегание галактик, а в нашей Вселенной, получается, всё наоборот.

Такая картина, вообще говоря, не противоречит общей теории относительности, однако для этого темная энергия должна обладать специальным свойством — отрицательным давлением. Это резко отличает её от обычных форм материи. Не будет преувеличением сказать, что природа темной энергии — это главная загадка фундаментальной физики XXI века.

Один из кандидатов на роль темной энергии — вакуум. Плотность энергии вакуума не изменяется при расширении Вселенной, а это и означает отрицательное давление вакуума. Другой кандидат — новое сверхслабое поле, пронизывающее всю Вселенную; для него употребляют термин «квинтэссенция». Есть и другие кандидаты, но в любом случае темная энергия представляет собой что-то совершенно необычное.

Другой путь объяснения ускоренного расширения Вселенной  состоит в том, чтобы предположить, что сами законы гравитации видоизменяются на космологических расстояниях и космологических временах. Такая гипотеза далеко не безобидна: попытки обобщения общей теории относительности в этом направлении сталкиваются с серьезными трудностями.

По-видимому, если такое  обобщение вообще возможно, то оно  будет связано с представлением о существовании дополнительных размерностей пространства, помимо тех трех измерений, которые мы воспринимаем в повседневном опыте.

К сожалению, сейчас не видно  путей прямого экспериментального исследования темной энергии в земных условиях. Это, конечно, не означает, что в будущем не может появиться новых блестящих идей в этом направлении, но сегодня надежды на прояснение природы темной энергии (или, более широко, причины ускоренного расширения Вселенной) связаны исключительно с астрономическими наблюдениями и с получением новых, более точных космологических данных. Нам предстоит узнать в деталях, как именно расширялась Вселенная на относительно позднем этапе её эволюции, и это, надо надеяться, позволит сделать выбор между различными гипотезами.

7. Заключение

Как часто бывает в  науке, впечатляющие успехи физики частиц и космологии поставили неожиданные  и фундаментальные вопросы. Мы сегодня  не знаем, что представляет собой  основная часть материи во Вселенной. Мы можем только догадываться, какие явления происходят на сверхмалых расстояниях, и какие процессы происходили во Вселенной на самых ранних этапах её эволюции. Замечательно, что на многие из этих вопросов ответы будут найдены в обозримом будущем — в течение 10–15 лет, а может быть, и раньше. Наше время — это время кардинального изменения взгляда на природу, и главные открытия здесь еще впереди.

8. Использованная  литература

1. Темная материя – Юли Цее.

2.Концепции современного  естествознания/Под ред. В.Н. Лавриненко, В.П. Ратникова. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2007.

3.Найдыш. В.М. Концепции  современного естествознания. Учебник.  М.:Альфа – М:ИНФРА-М, 2004.

4.Бройль Л. Революция  в физике. М.: Атомиздат, 1965.

5.Виноградова М.Г., Папулов  Ю.Г., Левин В.П. Основные концепции  естествознания. Тверь: ТвГУ, 2004.

6.Гусейханов М.К., Раджабов  О.Р. Концепции современного естествознания.  М.: Издательско-торговая корпорация  «Дашков и К⁰»,2004.

7.Дубнищева Т.Я. Концепции  современного естествознания. Новосибирск:  ЮКЭА, 2001.

8.Единство научного  знания. М.: Наука, 1998.

9.Жигалов Ю.И. Концепции  современного естествознания. –  М.: Гелиос АРВ, 2002.