Тайны темной материи: как пренебрегаемые черные дыры дают ключ к научным открытиям
Фото: Shutterstock.
На Радио “Комсомольская правда” дебютировала новая передача, названная «Время науки с КП». Ведущими программы являются радиожурналист Мария Баченинина и академик РАН Александр Сергеев, который является научным руководителем Национального центра физики и математики (НЦФМ). В студии они обсуждают актуальные темы, приглашая выдающихся российских ученых. Первым гостем стал директор Научно-исследовательского института ядерной физики имени Скобельцына МГУ, член-корреспондент РАН Эдуард Бос. Темы программы будут охватывать загадочную темную материю и темную энергию — разгадка этих тайн имеет ключевое значение для понимания сил, превосходящих атомную энергию.
НАКЛАДЫ И НОВШЕСТВА
Мария Баченинина:
— Как ученые узнали о существовании темной материи и темной энергии, если до сих пор непонятно, что это такое?
Александр Сергеев:
— Ученые привыкли работать с конкретными фактами. В случае темной материи и темной энергии нужно опираться на экспериментальное доказательство их существования. Оно есть, но пока продвинуться дальше не удается.
Эдуард Бос:
— Некоторым образом мы смогли освободиться с помощью одной из сил, существующих в природе, а именно — гравитационного взаимодействия. Как известно, в природе существуют четыре типа сил. И одно из них — самое слабое — это гравитационное взаимодействие, благодаря которому тела притягиваются друг к другу. Поэтому мы ходим по земле и никуда не деваемся, планеты вращаются по своим орбитам и т.д. Однако ученые увидели нечто странное. В 1933 году американско-швейцарский физик-астроном Цвики обнаружил, что в одном из скоплений галактик семь или девять галактик движутся с какими-то огромными скоростями, которые невозможно объяснить, если учитывать только гравитацию.
Мария Баченинина:
— Он это увидел через телескоп?
Эдуард Бос:
— Конечно. Затем, когда появилась более точная аппаратура, в разных галактиках стали измерять так называемые угловые скорости. Ведь галактики крутятся, и все звезды в этой галактике крутятся. В целом ряде таких галактик (первая, по-моему, была галактика Андромеды) измерения угловой скорости поставили ученых в тупик. Звезды должны были бы разлетаться под воздействием центробежной силы, но что-то их удерживало. Получалось, что в центре нашей галактики находится огромная черная дыра с массой, по-моему, несколько миллионов масс Солнца. Но есть, возможно, и маленькие черные дыры, размером даже не с сантиметр, а грубо говоря, с диаметром протона — это 10-15 метров. И внутри этой очень маленькой области пространства сосредоточена масса, скажем, порядка массы астероида. Эти частицы — первичные черные дыры, сформировались на самой начальной стадии после Большого взрыва. Они невидимы. Возможно, такие черные дыры пронзают нас с вами, прямо сейчас, но мы этого не чувствуем совсем. Однако, если их достаточно много, тогда они могли бы быть кандидатами в частицы темной материи.
Фото: Shutterstock.
ГДЕ ЗАЧЕРПНУТЬ ВЕДЕРКО ТЕМНОЙ МАТЕРИИ?
Александр Сергеев:
— Надо добавить, что этой темной материи очень много. Оказалось, что ее по массе примерно раз в пять больше, чем видимой материи — той, из которой состоят звезды, планеты, галактики и все другие видимые объекты во Вселенной.
Мария Баченинина:
— А что мешает изучать? У нас космонавты выходят в космос. Зачерпнуть ведерком, привез на Землю. Пожалуйста, изучайте. В чем проблема?
Эдуард Бос:
— К сожалению, мы не знаем, как именно надо зачерпывать. Эта материя взаимодействует только гравитационным образом. И это взаимодействие настолько слабое, что ничего зачерпнуть не получится.
Александр Сергеев:
— Эти частицы, которые дают массу, они практически не взаимодействуют с чем-либо, в том числе с этими «ведерками». Чтобы «зачерпнуть» надо создавать специальные устройства. Как это должно работать, мы пока не понимаем, хотя ставится огромное количество экспериментов.
Мария Баченинина:
— А в нашей Солнечной системе есть темная материя?
Александр Сергеев:
— Она где-то в другом месте, и там ведрами черпать надо. Кстати, где эти места, где темной материи больше, чем в среднем?
Эдуард Бос:
— Считается, что в скоплениях галактик.
Фото: Shutterstock.
Эдуард Бос:
— Действительно, у нас внутри Национального центра физики и математики сложилось сообщество из нескольких институтов и научных групп, которые участвуют в этих исследованиях. Они связаны, с одной стороны, с теми экспериментами, которые ведутся в том же ЦЭРНе. Поскольку то, что мы делаем, это в русле мировой науки. У нас есть определенные достижения и новые идеи, как может детектироваться темная материя и на Большом адронном коллайдере, и на тех установках, которые будут построены в НЦФМ.
Мария Баченинина:
— А как эти установки могут выглядеть? В чем идея?
Александр Сергеев:
— Создать для эксперимента совершенно уникальные условия, скажем, сильное магнитное поле или очень низкие температуры, близкие к абсолютному нулю. Это могут быть очень чувствительные антенны, так называемые однофотонные приемники, которые чувствуют свет на уровне совсем маленьких долей энергии. Это самый передний край высшей теоретической физики и высшей физики экспериментов. На этом стыке как раз и можно надеяться на то, что мы поймаем следы темной материи. А теперь давайте зададим себе вопрос: допустим, мы определим и найдем эту темную материю? И что с того? Где в народном хозяйстве может быть использована темная материя?
Эдуард Бос:
— Известно, что крупные проекты, например, тот же ЦЭРН и другие ускорители, экономически окупаются задолго до того, как заканчивают свою работу. У меня нет никаких сомнений, что установки мирового уровня, которые построят в НЦФМ, окупятся достаточно быстро. Как именно? Принципиально новая аппаратура создается на основе новых технологий. Затем они начинают применяться в других отраслях, находят коммерческое применение и таким образом многократно окупаются затраты.
Александр Сергеев:
— То есть это не прямой эффект, допустим, нашли темную материю, и стали разрабатывать, а через те новые решения, которые предлагают физики и инженеры. Вот они оказываются востребованными, не только в той области знаний, где делается открытия, а и изменяют весь технологический уклад. И общество выходит на новый виток развития.
ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ
Вселенная не такова, как мы думали: Ученые изучили темную материю и ахнули
Раскрыт один из главных секретов темной материи: ученым помогло «колыбель Эйнштейна»
Жизнь в космосе: физик рассказал, как зарождается жизнь во Вселенной, как космические льды можно создавать в земных условиях и как звучат кометы (подробнее)
