Невидимый мозг. Как мы связаны со Вселенной и что нас ждет после смерти: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Отличительной чертой темной материи является ее слабое взаимодействие с видимой материей. Мы ее не ощущаем. Мы ее не видим. Должно быть, это два совершенно отдельных друг от друга мира. Лишь гравитационный эффект выдает ее присутствие.

Претендентов на роль темной материи традиционно принято делить на две большие группы:

• Частицы темной материи барионной природы. То есть видимая материя.

• Частицы темной материи небарионной природы.

Небарионную материю, в свою очередь, обычно делят в зависимости от скорости, с которой ее частицы перемещаются по Вселенной:

• Горячая темная материя.

• Теплая темная материя.

• Холодная темная материя.

Нет необходимости углубляться в теоретическую физику, чтобы понять выдвигаемую нами идею. Достаточно знать, что к частицам-кандидатам относится вимп – слабовзаимодействующая массивная частица[166]. Но Тродден и Фэн предостерегают от поспешных выводов: «Вимп может оказаться лишь верхушкой айсберга, который скрывает целый мир со своими собственными частицами и взаимодействиями»[167].

Этот тип частиц подвержен лишь силе тяжести и слабому ядерному взаимодействию. У них нет электромагнитных свойств, следовательно, они недоступны зрению и способны проникать в нашу видимую материю, не оказывая на нее никакого влияния.

Но есть и другие варианты: супервимпы, которые взаимодействуют еще слабее, чем вимпы, и лишь благодаря силе тяжести. Третьим кандидатом являются частицы, не имеющие отношения к вимпам, контакт которых происходит посредством свойственных только им сил. Другими словами, они являются темными версиями электромагнитной силы и слабого ядерного взаимодействия. Согласно этой последней модели, темная материя должна излучать свой собственный тип света.

В последние годы физики задаются вопросом, стоит ли продолжать искать частицы, обладающие массой темной материи. Некоторые новые модели предполагают, что невидимая материя может состоять из сверхлегких частиц. Уже запланированы эксперименты «в настоящем и будущем, чтобы их обнаружить»[168]. Эти компоненты назвали «висп» – сверхлегкие частицы со слабым взаимодействием. Одним из кандидатов в такие частицы является аксион.

Другие модели предпочитают нейтрино – частицы, предложенные физиком-теоретиком Вольфгангом Паули в 1930 году. У них нет электрического заряда, а масса исключительно мала. Они обладают рядом загадочных свойств. Например, три существующие их разновидности могут спонтанно превращаться одна в другую[169]. Их способность взаимодействовать с нормальной материей ничтожна. Из последних предположений можно назвать зеркальную материю, где каждая обычная частица имеет своего двойника.

В приведенной ниже таблице перечислены самые вероятные кандидаты на роль компонента темной материи в соответствии с гипотезой, развиваемой в этой книге:

Частицы темной материи

Казанис считает, что есть еще один вариант, представленный легкой материей, которая в китайской и индуистской культуре известна как Чи (или Прана). Данный тип частиц обладает другими свойствами: это незаряженные частицы, способные формировать более сложные структуры, похожие на наши атомы и молекулы. Такое возможно благодаря существованию неэлектромагнитных сил или каких-то их темных разновидностей, а также других сил, неизвестных в природе.

Есть и еще более свежие предложения, открывающие массу возможностей. Их авторы считают, что темная материя образована темными атомами, то есть легкими соответствиями протонов, нейтронов и электронов, что позволяет ей быть настолько же богатой и разнообразной, как и традиционная видимая материя.

Роль, которую выполняет темная материя

С самого своего открытия в 1930 году темная материя служит опорой, поддержкой, носителем, «гравитационными строительными лесами для видимой материи»[170].

Мы знаем, что галактики и их скопления располагаются внутри огромных структур темной материи, так называемых гало. Ученые считают, что такой тип материи был создан в первые наносекунды существования Вселенной. Эти структуры притянули обычную материю, которая, благодаря своим особенным свойствам и способности к разным видам взаимодействий между ее компонентами, смогла организоваться, породив те сложные композиции, что мы теперь наблюдаем.

Однако темная материя не только дала рождение галактикам и позволила им эволюционировать. Похоже, вместе со своей загадочной спутницей, темной энергией, она имеет важнейшее значение и для окончательной судьбы Вселенной. Предположительно именно темная энергия ответственна за ускоренное расширение Вселенной; она является силой, разъединяющей все компоненты известной нам галактики, заставляя их удаляться друг от друга. В зависимости от типа и количества экзотических частиц, входящих в состав темной материи, Вселенную ждет Большой разрыв или Большое сжатие. Темной материи и темной энергии подчинено будущее нашей Вселенной. Если расширяющая сила темной энергии окажется больше гравитационной силы всех частиц видимой и невидимой материи, Вселенная будет расширяться вечно. Это сценарий Большого разрыва. Напротив, если большей окажется гравитационная сила всех видимых и невидимых составляющих нашей материальной Вселенной, то наступит момент, когда ее расширение замедлится, а потом и вовсе прекратится, чтобы вновь начать движение в обратном направлении. В результате она достигнет своего сжатия до состояния сингулярности, откуда вновь вернется к жизни. Возможно, этот цикл не имеет ни начала, ни конца.

Таким образом, если мы считаем, что темная материя и темная энергия находятся там просто по определению, то мы полностью ошибаемся. Уже понятна та важная роль, которую они играют в зарождении, эволюции и смерти видимой Вселенной.

Вернемся к нашим утверждениям. Некоторые считают, что темная материя осталась в своем первоначальном состоянии, что, возможно, делает ее неинтересной для исследователей. По словам Фэна и Троддена: «Темная материя и темная энергия относятся к самым асоциальным субстанциям космоса… стерильность, свойственная им с самого момента открытия, всегда считалась их определяющим качеством»[171].

Но у них могла бы быть другая роль и судьба.

Имеет ли невидимая материя сложную организацию

«Теоретические доказательства в пользу сложноорганизованного темного мира настолько непоколебимы, что многие исследователи сильно удивились бы, если бы темная материя свелась к индифферентному океану вимп», – говорят Фэн и Тродден[172]. И заканчивают так: «Как бы то ни было, видимая материя располагает широким спектром частиц с многочисленными типами взаимодействий, подчиняющихся элегантным принципам симметрии. Нет ничего, что указывало бы на то, что темная материя и темная энергия должны отличаться»[173].

Казанис придерживается мнения, что темная материя может быть организована сложным образом, как это сделала наша видимая материя:

Другие авторы вполне серьезно восприняли идею Фэна и Троддена о сложном темном мире. Среди них находится Шон Кэрролл, исследователь при кафедре физики в Калифорнийском университете. Он считает, что мир темной материи может оказаться таким же разнообразным и интересным, как наш:

Лиза Рэндалл и Андрей Кац разделяют эти взгляды. Недавно в журнале Physical Review Letters опубликовали их статью, где они заявляют о серьезных основаниях сомневаться в том, что темная материя состоит из одного типа частиц:

[166] По некоторым подсчетам, претендент должен обладать массой протона от 10 до 1000 и слабым ядерным взаимодействием. Название образовано от английского WIMP – «Weakly Interacting Massive Particles» (слабовзаимодействующая массивная частица).

[167] Feng y Trodden, указ. соч., стр. 18–19.

[168] Jaeckel J., Lindner A., Ringwald A. Tras el rastro de los axiones. Investigación y ciencia. Март 2015. P. 76.

[169] Hirsch M., Päs H., Porod W. Mensajeros fantasmales de nueva física. Investigación y ciencia. Июль 2013. P. 18.

[170] Feng y Trodden, указ. соч., с. 16.

[171] Feng y Trodden, указ. соч., с. 16.

[172] Feng y Trodden, указ. соч. с. 21.

[173] Там же, с. 21.