Темная материя и темная энергия — это одно и то же

Есть научные проблемы, о которых обычный человек не знает и вряд ли когда-нибудь узнает. А есть теории, гипотезы и откры­тия, о которых наслышаны если и не все, то очень многие, — эти достижения на слуху, о них много говорят и пишут. Естественно, что даже в таких «популярных» теориях многое простому человеку остается непонятным, отчего иногда возникают недоразумения.

Одной из таких научных проблем является открытие темной энергии и темной материи, составляющих 96 % массы всей Вселенной. Об этом слышали все, и кто-то даже пытался разобраться в их сути, однако большинство людей уверено, что темная энергия и темная материя — это разные названия одного понятия. В какой-то степени это так, но более глубокое изучение вопроса показывает, что это совершенно разные вещи, которые имеют друг с другом мало общего.

В настоящее время достоверно установлено, что мы можем наблюдать не более 4 % всей материи, существующей во Все­ленной. Остальные 96 % материи и энергии от нас скрыты — мы не обладаем инструментами и средствами, с помощью которых можно было бы обнаружить и измерить их параметры. Именно поэтому и было введено понятие скрытой массы, или темной материи (хотя сами ученые последний термин не используют, «отдав» его журналистам и популяризаторам).

Если эта материя принципиально не наблюдается с помощью имеющихся у человека средств, то как о ней узнали? Оказыва­ется, единственное взаимодействие, на которое способна темная материя, — гравитационное, то есть ее присутствие может влиять на происходящие в звездных скоплениях и галактиках процессы. Именно это обстоятельство — несоответствие наблюдений и расчетов — и позволило ученым сделать предположе­ние о присутствии чего-то невидимого, но взаимодействующего с «нормальной» материей посредством гравитации.

История открытия темной энергии и материи началась почти век назад. В начале XX столетия случилось несколько знаменатель­ных событий. В 1917 году Альберт Эйнштейн опубликовал космологическую работу, описывающую нашу Вселенную как единое целое. Ученый посчитал, что наш мир должен быть вечным и неизменным, однако по всем расчетам выходило, что это невозможно, — Вселенная должна либо расширяться, либо сжиматься. Тогда Эйнштейн ввел так называемую космологическую постоянную (или лямбда-член), благодаря которой мир снова становился стационарным.

Однако в 1922 году вышел труд нашего соотечественника Александра Фридмана, в котором космологической постоянной не было места. А окончательно идею о лямбда-члене в 1929 году опровергло открытое Эдвином Хабблом явление «разбегания» галактик. Эйнштейн понял, что ошибся, и отказался от исполь­зования космологической постоянной. Однако только в 1998 году ученые поняли, что Эйнштейн был прав, а введенная им по­стоянная описывает не что иное, как темную энергию.

Сейчас известно, что наша Вселенная расширяется, и расширяется с ускорением. Главной причиной расширения является темная энергия, обладающая антигравитационными свойства­ми, — она просто-напросто расталкивает все вещество во Все­ленной, заставляя отдельные его точки все время отдаляться друг от друга. А то, что мы видим глазами — звезды, галактики, межзвездный газ и пыль, — играют куда меньшую роль в нашем мире, чем невидимая темная энергия.

Так что же такое темная энергия и материя и чем они отличаются друг от друга? Темная материя (скрытая масса) — это невидимая нами материя, состоящая, скорее всего, из особых элементарных частиц, реальность которых пока не доказана. Также к темной материи причисляют такие космические объекты, как коричневые карлики (объекты, занимающие среднее положение между крупными планетами и небольшими звездами), планетоподобные объекты, не излучающие межзвездного газа ни в одном из диапазонов, и другие.

Темная энергия также считается частью скрытой массы, од­нако по своим физическим свойствам она не похожа на темную материю, состоящую из частиц. В настоящее время наиболее рас­пространена точка зрения о том, что темная энергия — это энергия физического вакуума. В пользу этой гипотезы говорят и многие на­блюдательные факты, а также расчеты, проведенные в рамках ОТО.

Физический вакуум заполняет весь наш мир, он есть в каждой точке Вселенной, что делает его главным «кандидатом» на роль носителя темной энергии. Однако уравнивание темной энергии и физического вакуума создает и некоторые проблемы. В частности, физический вакуум не вписывается в некоторые космологические теории, а наблюдения не сходятся с теорией. Поэтому сейчас выдвинуты вполне состоятельные гипотезы о существовании особых носителей темной энергии.

Итак, темная энергия и темная материя — не тождественные понятия. Темная материя, на долю которой приходится 22 % всей массы Вселенной, состоит из ненаблюдаемых, но вполне реаль­ных частиц, которые в будущем все равно будут обнаружены. А темная энергия, составляющая 74 % Вселенной, — это либо энергия физического вакуума (а он сам по себе таит много загадок), либо нечто совершенно новое и необычное.