Кое-какие догадки относительно состава чёрной материи возможно смело отбросить; на данном этапе посредством разнообразной аппаратуры осуществляются важные поиски кандидатов. Гравитационное микролинзирование может найти достаточное количество тусклых звезд либо черных дыр. Экспериментаторы на дне шахт смогут отыскать какой-то новый вид частицы, которая наполняет собой гало нашей Галактики. Кроме того отрицательные результаты смогут время от времени быть занимательны, в силу того, что исключают кое-какие кажущиеся логичными варианты.
Существует пара разных видов чёрной материи. Будет удивительно, в случае, если окажется, что нет какого-либо дополнительного количества коричневых карликов либо черных дыр. Однако версия с экзотическими частицами больше похожа на правду, в силу того, что имеется доказательства того, что большинство чёрной материи не складывается из обычных атомов, взятых посредством дейтерия.
Тот факт, что более 90 % Вселенной остаются неизвестными, приводит в смущение. И куда хуже понимать то, что чёрная материя может складываться из структур, масса которых колеблется от 10–33 г (нейтрино) до 1039 г (тяжелые черные дыры (The Black Hole)), т. е. степень неуверенности образовывает более 70 порядков. Эта ключевая неприятность может привести к трем направлениям поиска:
1. Сущности, составляющие чёрную материю, возможно найти напрямую. Коричневые карлики смогут быть обстоятельством гравитационного линзирования звезд. В случае, если чёрная материя в нашей Галактике является рой частиц, кое-какие из них смогут быть отысканы упорными экспериментаторами глубоко под землей. Я буду оптимистом, в случае, если напишу, что через пять лет смогу рассказать о том, что же представляет собой чёрная материя (Кроме того на данный момент нужно быть оптимистом, дабы это повторить. – Прим. авт.).
2. Экспериментаторы и теоретики уже предоставили нам довольно много информации о нейтрино. Допустимо (не смотря на то, что на данный момент это и думается маловероятным), что у нейтрино достаточно массы, дабы быть серьёзной составляющей чёрной материи (Современные данные исключают возможность того, что три известных сорта нейтрино смогут растолковать всю чёрную материю. – Прим. авт.). В то время, когда мы будем лучше понимать физику высоких энергий и плотностей, мы определим, какие конкретно еще виды частиц могли когда-либо существовать, и сможем вычислить, как эти частицы пережили первые миллисекунды существования Вселенной, так же надежно, как сейчас можем угадать количество гелия и дейтерия, пережившее первые 180 секунд по окончании Большого взрыва.
3. Чёрная материя господствует в галактиках. То, в то время, когда и как сформировались галактики, то, как они планируют в скопления, очевидным образом зависит от того, из чего состоит их гравитационная доминанта и как она ведет себя при расширении Вселенной. Мы можем строить разные предположения по поводу чёрной материи, рассчитывать результаты каждого из них и наблюдать, что лучше подходит к тому, что мы замечаем. Такие расчеты смогут дать непрямые подсказки к разгадке того, чем же все-таки есть чёрная материя.
Куда более занимательный вопрос – не нарушается ли закон обратных квадратов в весьма мелких масштабах либо – что приблизительно есть тем же самым – не вступает ли в масштабах меньше нескольких метров в игру «пятая сила». Рассуждения, связанные с теорией суперструн, предполагают, что так смогут проявляться дополнительные пространственные измерения. Тут нам опять не достаточно экспериментальных доказательств, и они оказываются куда менее правильными, чем нам бы хотелось, в силу того, что тяготение между лабораторными объектами есть весьма не сильный.
«Инфляционная Вселенная: В отыскивании новой теории происхождения космоса» (The Inflationary Universe: The Quest for a New Theory of Cosmic Origins, Addison-Wesley, Reading, 1997).
Эта неуверенность по поводу экстремальных условий около сингулярности не подрывает нашей уверенности в существовании черных дыр либо в нашем понимании их свойств. Подобным образом тайна кварков не сокращает нашей уверенности в простой физике атомов, которая зависит от поведения электронов на орбитах в пара громадных масштабах.
Парадокс чёрных дыр возрастом с саму вселенную решается, – они пережили громадной взрыв одной из своих сестёр, и просто старше самой вселенной
Из книги «Кварки, хаос и христианство» (John Polkinghorne, Quarks, Chaos and Christianity, SPCK Triangle Press, 1994).
Возможно ли заметить черную дыру? Сможем ли мы однажды? Вот задачи сегодняшней науки. Ответы я думаю далеко за горизонтом…
Из книги «Воображение природы» (Nature’s Imagination) под редакцией Дж. Корнуэлла (Oxford University Press, 1998).
Это подтверждение в действительности говорит нам о разнице квадратов масс двух разных видов нейтрино. Более ранний вариант опыта «Камиоканде» записал данные 11 событий, связанных с высокоэнергетическими нейтрино от появившейся в 1987 г. недалеко от нас сверхновой. Американский опыт в соляной шахте в Огайо зафиксировал данные еще восьми событий. (Кроме этого нейтринные события зарегистрировал детектор в Баксанской лаборатории на Кавказе. – Прим. авт.) Полученные цифры порадовали астрофизиков, потому, что отлично согласовываются с предсказаниями теорий сверхновых.
Меньшее количество дейтерия в случае, в то время, когда плотность выше, на первый взгляд думается ошибочным результатом, но в действительности это в полной мере естественно. Чем выше плотность, тем чаще ядра сталкиваются между собой и тем стремительнее ядерные реакции будут превращать водород (с одним протоном) в гелий (с двумя протонами и двумя нейтронами). Дейтерий (с одним протоном и одним нейтроном) – промежуточный продукт реакции. В случае, если плотность высока, его остается не через чур много, в силу того, что реакции проходят так быстро, что практически целый дейтерий перерабатывается в гелий. Иначе, если бы плотность была ниже, нам стоило бы ожидать большего количества «остаточного» дейтерия, оставшегося по окончании первых трех мин. существования нашей Вселенной. Эта зависимость узкая, исходя из этого каждые достаточно правильные измерения доли дейтерия говорят нам о средней плотности атомов во Вселенной.
В соответствии с теории Эйнштейна гравитация зависит не только от плотности, но от [(плотность) + 3 (давление) / с2]. В случае, если проигнорировать второй член, то в случаях, в то время, когда принципиально важно давление излучения, мы получаем отличие вдвое. Однако мы заметим в, что кроме того в пустом пространстве возможно какая-то энергия. В случае, если это так, она будет иметь отрицательное давление (в противном случае говоря, «упругость»). Тогда второй член компенсирует первый, и это вызывает большое качественное изменение: расширение в действительности ускоряется вместо того, дабы замедляться. Данный интуитивно непостижимый итог серьёзен в ранней Вселенной, а также в настоящее время, в случае, если энергия пустого пространства ( другими словами космическое число ?) станет главной.