Темна матерія: чи наближається до фізики революція?

Що таке темна матерія? Його ніколи не спостерігали, але вчені вважають, що він становить 85% матерії у Всесвіті. Коротка відповідь: ніхто не знає, що таке темна матерія. Понад століття тому лорд Кельвін запропонував це як пояснення швидкості зірок у нашій галактиці. Десятиліттями пізніше шведський астроном Кнут Лундмарк зазначив, що Всесвіт повинен містити набагато більше матерії, ніж ми можемо спостерігати. Вчені з 1960-х і 70-х років намагалися з'ясувати, що це за таємнича речовина, використовуючи дедалі складнішу технологію. Проте все більше фізиків підозрюють, що відповідь може полягати в тому, що такого поняття не існує темну матерію взагалі.

Попередня історія

Вчені можуть спостерігати віддалену матерію різними способами. Таке обладнання, як знаменитий телескоп Хаббла, вимірює видиме світло, тоді як інші технології, наприклад радіотелескопи, вимірюють невидимі явища. Науковці часто витрачають роки на збір даних, а потім приступають до їх аналізу, щоб максимально зрозуміти те, що вони бачать.


Що стало абсолютно очевидним, коли надходило все більше і більше даних, так це те, що галактики поводяться не так, як очікувалося. Зірки на зовнішніх краях деяких галактик рухалися занадто швидко. Галактики утримуються разом силою тяжіння, яка є найсильнішою в центрі, де знаходиться більша частина маси. Зірки на зовнішніх краях дискових галактик рухалися так швидко, що сила тяжіння, створена спостережуваною матерією, не змогла б утримати їх від вильоту в глибокий космос.

Вчені вважали, що в цих галактиках повинно бути більше матерії, ніж ми можемо зараз спостерігати. Щось мабуть, не давала зіркам розлетітися, і вони це якось назвали темну матерію. Вони не могли точно сказати, якими властивостями він міг би володіти, крім того, що він повинен мати гравітаційне тяжіння, і його повинно бути досить багато. Фактично, переважна більшість Всесвіту (колосальні 85%) повинна бути темною матерією. Інакше галактики не змогли б протриматися так довго, як здається. Вони б розпалися, тому що не було б достатньо сили тяжіння, щоб утримати трильйони зірок на місці.

Коли мова заходить про науку, проблема з тим, що ви не можете спостерігати, полягає в тому, що про це важко сказати багато. Оскільки темна матерія не взаємодіє з електромагнітною силою, яка відповідає за видиме світло, радіохвилі та рентгенівські промені, усі наші докази непрямі. Вчені намагалися знайти способи спостереження за темною матерією та робити прогнози на основі її теорій, але без особливого успіху.

Можливе рішення

Теорія гравітації Ньютона досить добре пояснює більшість великомасштабних подій. За допомогою теорії Ньютона можна пояснити все, від першої подачі під час гри «Янкі» до руху сузір’їв. Однак ця теорія не є надійною. Теорії загальної та спеціальної теорії відносності Ейнштейна, наприклад, пояснили дані, які теорія Ньютона не могла. Вчені досі використовують теорію Ньютона, оскільки вона працює в переважній більшості випадків і має набагато простіші рівняння.

Темна матерія була запропонована як спосіб узгодити фізику Ньютона з даними. Але що, якщо замість примирення потрібна модифікована теорія. Ось де входить ізраїльський фізик на ім’я Мордехай Мілгром. Він розробив теорію гравітації (названу модифікованою ньютонівською динамікою або “Місяць” для стислості) у 1982 році, який постулює, що гравітація функціонує інакше, коли вона стає дуже слабкою, наприклад, на краю дискових галактик.

Його теорія не просто пояснювати поведінка галактик; це прогнозує їх. Проблема з теоріями полягає в тому, що вони можуть пояснити майже все. Якщо ви зайдете в кімнату й побачите, що світло горить, ви можете розробити теорію про те, що космічні промені від сонця потрапляють на приховані дзеркала саме так, щоб освітлити кімнату. Інша теорія може полягати в тому, що хтось клацнув вимикачем. Один із способів відокремити хороші теорії від поганих — це побачити, яка теорія дає кращі прогнози.

Недавній аналіз Mond показує, що він робить значно кращі прогнози, ніж стандартні моделі темної матерії. Це означає, що, незважаючи на те, що темна матерія може досить добре пояснити поведінку галактик, вона має невелику прогностичну силу і, принаймні з цього боку, є нижчою теорією.


Лише більше даних і дебати зможуть звести рахунки щодо темної матерії та Mond. Однак, якби Монд був визнаний найкращим поясненням, він зруйнував би десятиліття наукового консенсусу і зробив би одну з найбільш таємничих особливостей Всесвіту набагато більш нормальною. Модифікована теорія може бути не такою сексуальною, як темні, невидимі сили, але вона може просто мати перевагу в тому, що є кращою наукою.