Швейцарские ученые опровергли темную материю?

В поисках ответов на вопросы бытия: что такое темная материя и почему ее так сложно исследовать? Keystone

Швейцарские учёные ставят под сомнение все то, что мы знали до сих пор о строении нашей Вселенной и о характере законов, на основе которых она развивается. Например, они утверждают, что темной материиВнешняя ссылка не существует, точнее, что она просто не нужна для объяснения многих «странных дел», творящихся в нашем космосе.

За плечами у Андрэ Медера (André Maeder) многолетняя научная карьера: последним местом его работы, откуда он и ушёл на заслуженный отдых, была позиция профессора кафедры астрономии Женевского университета, где он занимался изучением массы и плотности звёзд, а также процессов их рождения и смерти. Это требовало от учёного глубоких познаний почти из всех подразделов современной физики.

Но только сейчас, оказавшись на пенсии, он наконец-то получил достаточно времени для того, чтобы вплотную заняться размышлениями над вопросами, которые не давали ему покоя с самого начала его научной карьеры. Например, ему всегда очень хотелось понять, что такое «тёмная материя» и почему изучение именно этой, а не какой-то другой, таинственной субстанции должно помочь нам продвинуться вперёд в поисках ответа на вопрос о том, почему наша Вселенная устроена именно так, а не иначе и почему законы, которым она подчиняется, сформулированы так, как они сформулированы, а не по-другому?

«Я работал над этой проблемой тогда, когда я был ещё совсем „зелёным“ доцентом, но в то время мои исследования в этой области не совпадали с общим направлением деятельности [женевской] обсерватории, поэтому мне пришлось отодвинуть эту проблематику на второй план», — рассказывает нам профессор А. Медер, проводя для нас эксклюзивную экскурсию по территории этого научного центра, расположенного в идиллическом уголке кантона Женева, всего в нескольких километрах от шумного и суетливого города Кальвина.

Проф. Андре Медер (André Maeder): оказавшись на пенсии, он наконец-то получил достаточно времени для того, чтобы вплотную заняться размышлениями над вопросами, которые не давали ему покоя с самого начала его учёной карьеры. swissinfo.ch

Спустя 40 лет наука сделала серьёзный шаг вперёд в том, что касается осмысления вопросов, связанных с темной материей и темной энергией. Не стоит на месте и профессор А. Медер, который в ноябре прошлого 2017 года опубликовал научную работу, уже вызвавшую в научном сообществе целую волну дебатов. Оно и понятно, ведь на страницах этой публикации швейцарский учёный ставит под сомнение долгое время считавшееся бесспорным предположение о том, что одним из основных элементов нашей Вселенной являются тёмная материя и тёмная энергия.

Напомним, что тёмная энергия (dark energy) в космологии — это гипотетический вид энергии, введённый в математическую модель Вселенной ради объяснения наблюдаемого её расширения с ускорением. К настоящему времени (2018 год) все известные надёжные наблюдательные данные не противоречат этой гипотезе, и поэтому в космологии она считается стандартной. Тёмная материя (dark matter) в астрономии и космологии — это тоже гипотетическая форма, но уже материи, не испускающей электромагнитного излучения. Вывод о ее существовании сделан на основании косвенных признаков поведения астрофизических объектов и по создаваемым ими гравитационным эффектам.

Прощай, тёмная материя?

Гипотеза же профессора Медера исходит из предположения, согласно которому свойства вакуума не меняются в ходе расширения или сжатия, то есть в данном случае учёный применяет концепцию лоренц-инвариантностиВнешняя ссылка, а именно способности той или иной величины сохраняться при преобразованиях Лоренца (в специальной теории относительности так называются преобразования, которым подвергаются пространственно-временные координаты каждого события при переходе от одной инерциальной системы отсчёта к другой). Но если совсем просто, то А. Медер утверждает, что свойства вакуума одинаковы как на квантовом уровне, так и в масштабе вселенского макрокосмоса.

Как известно, попытка свести законы квантового мира с законами макрокосмическими, то есть попытка создания единой теории поля с учётом известных четырёх фундаментальных взаимодействий пока успехом не увенчалась, так как стандартная космологическая модель не предусматривает масштабной (скалярной) инвариантности, а это значит, что составляющие теорию уравнения будут меняться c общим расширением или сжатием пространственно-временного континуума, причём настолько, что с какого-то момента между ними уже не будет вообще ничего общего.

А вот профессор Медер считает, что при всех изменениях должны существовать масштабно-инвариантные явления, единые как для микро, так и для макромиров. Но для этого необходимо сформулировать и ввести в теорию несколько новых математических констант. «Конечно, я не претендую на стопроцентную объективность, но мне кажется, что у меня получилось довольно обоснованное предположение: там, где нет ничего, то есть в вакууме, вряд ли следует ожидать каких-то изменений при сжатии или при расширении пространства», — делает обобщающий выводВнешняя ссылка учёный.

Используя свою масштабно-инвариантную модель, профессор Медер доказывает, что особенности поведения многих астрофизических объектов могут быть объяснены и без допущения о существовании тёмной материи. Например, сейчас аномально высокую скорость вращения внешних областей галактик объясняют наличием именно невидимой тёмной материи. Но, по мнению швейцарского учёного, здесь могут быть и иные модели интерпретации. «На протяжении почти 30 лет в научном сообществе господствовало убеждение в том, что подавляющая масса нашей Вселенной — это тёмная материя. Но в контексте [моей] теории она нам вообще не нужна. Всё легко объясняется в случае использования нескольких дополнительных математических постоянных».

Теория профессора Медера была опубликована в одном из самых авторитетных в этой области научных журналовВнешняя ссылка, но она, разумеется, столкнулась с активным неприятием со стороны научного сообщества, включая аргументы оппонентов, подвергающих критике его математические выкладки и утверждающих, что в основе этой теории нет никакой убедительной логикиВнешняя ссылка. Учёного это не смущает, он говорит, что планирует продолжить ее апробацию и, например, выяснить, насколько полно учитывает его теоретическая модель космологические данные о гелии, оставшемся во Вселенной после «Большого взрыва».

«Очень странные дела»

Роль тёмной материи в очередной раз была поставлена под вопрос в феврале 2018 года, когда другой швейцарский учёный Оливер Мюллер (Oliver Müller) из Базельского университета в сотрудничестве с международной командой учёных опубликовал в журнале «ScienceВнешняя ссылка» ещё одну работу на эту тему. Статья во многом базируется на его кандидатской диссертации, над которой он сейчас работает и в которой учёный намерен изучить поведение небольших галактик-спутников, известных так же под названием «карликовых галактик».

Напомним, что карликовая галактика — это скопление нескольких миллиардов звёзд, что очень мало по сравнению, например, с нашей галактикой Млечный путь, насчитывающей около 200—400 миллиардов звёзд. Одной из таких галактик является Большое Магелланово облако, расположенное на расстоянии около 163 тыс. св. лет от нашей Галактики. Изучая эту категорию астрофизических объектов, О. Мюллер и его коллеги обнаружили нечто странноеВнешняя ссылка: оказалось, что эти галактики-спутники, как видно, расположены в одной и той же плоскости и вращаются в одном и том же направлении, примерно так же, как планеты нашей Солнечной системы вращаются вокруг Солнца.

Оливер Мюллер (Oliver Müller) на фоне Физфака Базельского Университета. swissinfo.ch

На первый взгляд, в этом нет ничего необычного, но в этом-то и проблема: стандартная космологическая модель в её нынешнем виде предусматривает, что, учитывая влияние тёмной материи, галактики-спутники должны двигаться в случайном порядке, «как пчёлы вокруг улья», в данном случае, вокруг радиогалактики Центавр А, находящейся от нас на расстоянии 12-ти миллионов световых лет. Сравнив свои наблюдения с информацией доступных баз данных, О. Мюллер и его команда обнаружили, что их наблюдения только на 0,5% совпадают со стандартной космологической моделью.

Более того, такая же синхронизация галактик-спутников наблюдалась и раньше в других регионах наблюдаемой Вселенной, например в районе туманности Андромеды, ближайшей к Млечному Пути большой галактики. Вероятность такого совпадения, как говорит О. Мюллер, составляет 1 на 200 миллионов. «Я — наблюдатель. Меня больше всего интересует, как выглядит Вселенная, так что я не могу рассуждать, насколько точна стандартная космологическая модель. Делать это должны теоретики. Но я полагаю, что в будущем эта теория претерпит серьёзные изменения», — говорит он.

Несмотря на то, что сейчас он полностью погрузился в свою диссертацию, которую он должен защитить уже в августе 2018 года, О. Мюллер говорит, что намерен продолжить свои изыскания. Ему хотелось бы, например, проанализировать данные большего числа карликовых галактик группы Центавр А, чтобы понять, есть ли у них общие схемы движения.

«На сегодня у 14 из 16-ти галактик-спутников наблюдается общий шаблон поведения. Очень маловероятно, что за этим не кроется вообще никакой закономерности, хотя, конечно, это вполне может быть просто статистической случайностью. Но если мы зафиксируем, что 27 из 30 галактик-спутников движутся когерентно, тогда будет ясно, что всё дело в физике», — говорит учёный. И, как настоящий исследователь, добавляет: «Ну, или же мы сможем убедиться в ошибочности всех своих наблюдений. И это тоже классно, потому что отрицательный результат — это порой ещё более важный результат».

Перевод с английского: Нина Шулякова.