Теория Большого взрыва: гид по сериалу по версии Kuraj-Bambey - Диппер Екатерина (бесплатные версии книг .txt) 📗

Когда речь заходит о Радже, сразу вспоминается Киплинг с его словами о том, что Западу и Востоку не сойтись. Ну, скажите на милость, зачем человеку заниматься находящимися в глобальном кризисе суперструнами вместо того, чтобы оставаться в лоне наблюдательной астрономии, переживающей второе рождение?

Но об этом мы поговорим чуть позже, а сейчас займемся вплотную темной материей, тем более, что в сериале она упоминается достаточно часто. Так что это за зверь, и почему он такой темный?

История эта началась в 1937 году, когда астроном Цвикки (кстати, работавший в том же Калифорнийском технологическом университете, что и наши «ботаники») внимательно присмотрелся к скоплению галактик в созвездии Волос Вероники и применил к нему известную теорему о вириале. В нашем случае эта теорема связывает скорость вращения галактик друг относительно друга с суммарной массой всего скопления. После всех проделанных вычислений оказалось, что галактики вращаются с такой скоростью, что сила гравитации просто не способна удержать их вместе. И для того, чтобы скопление не разлетелось на мелкие кусочки [35], его масса должна быть существенно больше, раз эдак в 500. Тут надо заметить, что до Цвикки молчаливо предполагалось, что вещество, если уж оно существует, должно как-то себя проявлять, а не просто болтаться бесполезной грудой в пространстве. Представьте себе ощущения только что отлипших от окуляров своих приборов астрономов, когда им навязывают факт, что все, что они видят, составляет лишь малую часть огромного пирога, называющегося Вселенной. Естественно, про открытие Цвикки постарались забыть, и на сорок лет в астрономии восстановилось хрупкое спокойствие. Впрочем, также понятно, что чем более новые приборы становились доступны для развлечения ученых, тем сложнее было утаить шило в мешке.

Гром грянул в 1975 году, когда молодые астрономы Вера Рубин и Кент Форд сделали заявление, отмахнуться от которого так просто уже не получилось. Для того, чтобы понять, что они там «наспектрометрировали», нам стоит слегка коснуться школьного курса физики. Если мы напряжемся, то вспомним, что сила гравитации обратно пропорциональна квадрату расстояния, поэтому скорость одного объекта, вращающегося вокруг другого, уменьшается с увеличением расстояния между ними. Но, если мы захотим измерить скорости вращающихся объектов уже внутритяготеющей массы, например, Земли, результат будет отличаться. С этой целью можно провести следующий мысленный эксперимент. Начнем бурить круговые, проходящие по экватору туннели под поверхностью Земли, все глубже зарываясь в нее и приближаясь к центру. Мы с удивлением обнаружим, что скорости объектов, запущенных по этим искусственным, вырезанным в толще планеты орбитам окажутся одинаковыми. В этом случае уменьшение эффективной массы Земли компенсируется приближением к ее центру. Собственно это и обнаружили Рубин и Форд применительно к спиральным галактикам. Большая часть светящегося вещества в них находится ближе к их яркому и взрывающемуся центру [36], и скорость звезд на большом удалении от него по идее должна быть меньше. На самом же деле она оказывается практически одинаковой вдоль всего рукава галактики, что означает и одинаковую плотность материи. На рис. 2схематично показан основной вывод Рубин и Форда: кривая А отвечает веществу, сосредоточенному в центре, а B — экспериментально полученный результат. Работа была проделана очень серьезная и в дальнейшем неоднократно подтверждалась для всех из подвергнутых этой процедуре галактик, так что даже самым упертым скептикам пришлось согласиться с доводами в пользу скрытой массы. В настоящий момент считается, что все видимое вещество — пульсары, звезды, планеты, межзвездный газ, кометы, астероиды и прочее — вместе составляют не более 20 % от всей материи Вселенной.

Само собой разумеется, что космологи и физики, изучающие элементарные частицы, не стали сидеть сложа руки и предложили десятки возможных объяснений этому эффекту. Диапазон предлагаемых вариантов очень широк: от гипотетических сверхмассивных слабовзаимодействующих частиц — вимпов (от английского Weak Interactive Massive Particle) — до поправок теории гравитации на больших расстояниях. Большинству физиков вариант с частицами гораздо более симпатичен: во-первых, потому, что гипотетические частицы можно изобретать в любых количествах, а в каждой новой теории они еще и заводятся сами собой, как микробы от грязи. А во-вторых — потому, что можно построить огромную дорогостоящую установку и спокойно ждать, когда хоть один из вимпов посетит вас своим вниманием, а эксперименты с гравитацией осуществить на Земле практически невозможно. Сейчас в мире создано уже несколько таких установок, и у их создателей считается хорошим тоном говорить, что им кажется, будто бы видят вимпы. Правда, утверждать это наверняка никто из них не берется.

Подтверждений существования темной материи найдено огромное количество, но это еще полбеды. В последнее время астрономы всерьез заговорили о наличии темной энергии.Используя самые новейшие и точные приборы, они увидели, что какая-то пока не известная сила заставляет нашу Вселенную не просто увеличиваться, а увеличиваться с ускорением. Это стало очень горячей темой, но похоже, что Раджу она совсем не интересна — физики в своих предпочтениях иногда капризнее блондинок, выбирающих очередную сумку от Гуччи. Хотя, может он просто нежится в лучах своей славы открывателя новой планеты за пределами Солнечной системы. К сожалению, тут его можно огорчить, ведь, если наблюдение первых из них было действительно сложной, почетной и по-настоящему физической работой, то сейчас их принято открывать сразу после завтрака, а называть в честь первого попавшегося по дороге на обед предмета. К настоящему времени экзопланет открыто более пятисот, и это количество продолжает увеличиваться с огромной скоростью.

Но почему первые из них смогли заметить лишь в 1992 году? Все дело в расстояниях. Представьте, что обнаружение объекта размером с Юпитер в системе Фомальгаута в созвездии Южной Рыбы (там, кстати, не так давно обнаружили планету) примерно равносильно наблюдению теннисного мяча с расстояния полтора миллиона километров. Заметить такое в телескоп просто не представлялось возможным, поэтому были нужны другие, более хитрые методы. Первым из них был метод Доплера: при движении по орбите планета своим притяжением как бы «раскачивает» звезду, из-за чего ее свет испытывает периодические смещения — это похоже на изменение звука приближающегося или удаляющегося автомобиля. Хотя гораздо лучше этот эффект был продемонстрирован Шелдоном еще в первом сезоне — даже странно, что никто не узнал его в костюме эффекта Доплера. Именно при помощи этого метода было открыто наибольшее количество планет (около четырехсот).

Другим очень удобным инструментом является метод кривой блеска. Если планета проходит перед звездой, ее свет слегка гаснет — именно это происходит на Земле во время солнечных затмений. Правда, здесь тоже следует сделать поправку на расстояние: изменение света редко превышает миллионные доли первоначального, тем не менее, метод оказывается очень действенным. Но есть одна загвоздка: для того, чтобы обнаружить планету с его помощью, необходимо, чтобы плоскость орбиты планеты совпала с плоскостью наблюдения, так что обнаружить много планет этим способом не получится. Тем не менее, такой способ очень хорош для определения среднего числа планет. Сейчас считается, что в нашей галактике порядка 50 миллиардов планет, из них около 2 миллиардов земного типа. Братья по разуму, где вы?