Говерт Шиллинг
Слон во Вселенной. 100 лет в поисках темной материи
Науки о Земле и космосе
Перевод оригинального издания:
Govert Schilling
THE ELEPHANT IN THE UNIVERSE: Our Hundred-year Search for Dark Matter
Издание печатается по соглашению с The Science Factory, Louisa Pritchard Associates and The Van Lear Agency LLC
Перевод с английского Андрея Дамбиса
© Govert Schilling, 2022
© Foreword by the President and Fellows of Harvard College, 2022
© А. К. Дамбис, перевод с английского, 2024
© Оформление. ООО «Издательство АСТ», 2025
Подписывайтесь на наши социальные сети
Слепцы и слон
(Древняя индийская притча)
Слепцы, числом их было пять,
В Бомбей явились изучать
Индийского слона.
Исследовав слоновий бок,
Один сказал, что слон высок
И прочен, как стена.
Другой по хоботу слона
Провел рукой своей
И заявил, что слон – одна
Из безопасных змей.
Ощупал третий два клыка,
И утверждает он: —
На два отточенных штыка
Похож индийский слон!
Слепец четвертый, почесав
Колено у слона,
Установил, что слон шершав,
Как старая сосна.
А пятый, подойдя к слону
Со стороны хвоста,
Определил, что слон в длину
Не больше, чем глиста.
Возникли распри у слепцов
И длились целый год.
Потом слепцы в конце концов
Пустили руки в ход.
А так как пятый был силен,
Он всем зажал уста.
И состоит отныне слон
Из одного хвоста! [1]
Джон Годфри Сакс, 1872
Предисловие
Термин «темная материя» служит для обозначения основной части вещества во Вселенной – ее в пять раз больше, чем обычного вещества вроде того, из которого состоят звезды и планеты. Но, как понятно из названия книги, темная материя невидима. Мы знаем о ее существовании опосредованно, через гравитационное воздействие на видимое вещество, и, таким образом, она воплощает наше невежество.
Подобно всем замечательным тайнам, загадка темной материи упорно не поддается решению. Ученые бьются над ней уже целых 100 лет. Из наблюдений и научных теорий следует, что на роль темной материи могут претендовать самые разные объекты – слабовзаимодействующие массивные элементарные частицы, так называемые аксионы, и даже атомы, – главное, они не должны взаимодействовать с обычным веществом или светом. Сейчас ученые склонны считать, что темная материя возникла на самых ранних этапах эволюции Вселенной из раскаленного «бульона» невидимых и случайным образом медленно движущихся элементарных частиц. Хотя сами эти частицы до сих пор не наблюдались, ученым удалось зафиксировать их проявления в виде слабых флуктуаций яркости реликтового фонового микроволнового излучения Вселенной – эха Большого взрыва.
Первым о возможности динамической оценки количества того, что мы сейчас называем темной материей, сказал лорд Кельвин. В 1884 году в своем докладе он предположил, что в нашей Галактике могут быть темные тела. Спустя почти 50 лет швейцарско-американский астроном Фриц Цвикки обнаружил, что масса скоплений галактик больше массы наблюдаемого в них вещества. В 70-х годах XX века свидетельства существования невидимых частиц были получены в результате пионерских работ Веры Рубин, Кента Форда и Кеннета Фримена. Они показали, что наблюдаемые движения газа и звезд в галактиках требуют наличия невидимых массивных гало (своеобразных «корон», окружающих видимую часть галактики), простирающихся далеко за границы внутренних областей этих звездных систем, внутри которых заключена обычная материя. А в 1983 году Моти Милгром для решения проблемы недостающей массы выдвинул свою теорию так называемой модифицированной ньютоновской динамики. Согласно этой альтернативной гипотезе, галактики не подчиняются законам Ньютона.
Как обычно бывает в науке, у предлагавшихся для объяснения темной материи теорий были как сторонники, так и критики. Предложенные для малых ускорений простые формулы модифицированной динамики Милгрома очень хорошо описывают плоские кривые вращения гало многих галактик даже спустя 40 лет, за которые было выполнено множество измерений. Но эта теория оказалась не в состоянии адекватно описать наблюдаемые свойства скоплений галактик. Быть может, темная материя очень сильно взаимодействует сама с собой и избегает областей вблизи ядер галактик. А со временем появляются все новые и новые гипотезы.
Книга Говерта Шиллинга – это захватывающее турне по теориям темной материи и попыткам ее наблюдения с самого начала и до наших дней. Вас ждут рассказы о наземных и космических обсерваториях, а также о детекторах элементарных частиц в подземных пещерах и туннелях. Вы познакомитесь с учеными – героями книги, которые посвятили себя поиску решения этой загадки. Это очень разные люди. Среди них такие ведущие специалисты по темной материи, как Джим Пиблс и Джереми «Джерри» Острайкер, а также более молодые исследователи – приверженцы, скептики и еретики. Через истории этих ученых вы получите всеобъемлющее представление о прошлом, настоящем и будущем одной из глубочайших загадок науки.
Вы узнаете, что поиски темной материи продолжаются и что ученые выдвинули множество теорий для ее объяснения. Но настанет день, когда все части сложатся в единую картину. Книга Шиллинга послужит вам путеводной звездой, идя за которой, вы приобщитесь к ведущим исследователям в их стремлении понять неведомую гравитирующую темную материю и сможете насладиться знакомством с тайнами нашей Вселенной.
Ави Леб
Введение
В 1995 году астрономы объявили о создании чувствительных спектрографов, позволяющих очень точно измерять скорости звезд. Я подумал, что через несколько лет с помощью этих приборов будут открыты планеты: если спектрограф зафиксирует слабые периодические колебания скорости какой-нибудь звезды, то это может свидетельствовать о наличии вблизи нее массивной планеты, чье притяжение искажает движение светила. Я решил приступить к написанию новой книги о поиске внесолнечных планет в надежде, что в заключительной главе смогу рассказать о решающем открытии.
В октябре того же года Мишель Майор и Дидье Кело объявили об открытии 51 Пегаса b – первой подтвержденной внесолнечной планеты, обращающейся вокруг звезды солнечного типа, и я понял, что надо поторапливаться. На протяжении большей части 1995 года я почти ничем другим не
