В сфере исследований темной материи, как в посудной лавке, есть слон: заявление, в которое трудно поверить, невозможно подтвердить и на удивление трудно объяснить. Но теперь у нас есть четыре инструмента с тем же типом детектора, что был у коллаборации, которой принадлежит это спорное заявление. В течение следующих трех лет эти эксперименты либо подтвердят существование темной материи, либо опровергнут заявление раз и навсегда, говорят физики, работающие над ними.
Говорят, что темной материи больше всего во Вселенной (если говорить о материи вообще). И все же в повседневной жизни мы с ней практически не сталкиваемся. Мы знаем Солнце — самый массивный объект в Солнечной системе — оно состоит из обычной материи (протонов, нейтронов и электронов), но есть еще масса других источников, включая планеты, газ, пыль, плазму и останки звезд. Темной материи среди них нет — и даже Стандартная модель не описывает ее частиц. Конечно, темная материя — не единственный вариант объяснить наблюдаемые гравитационные явления во Вселенной. Другой вариант — модифицировать теорию гравитации, что пытались сделать уже очень многие. На этой почве выросла идея Модифицированной Ньютоновской Динамики (MOND) и другие теории, которые пока являются популярными альтернативами темной материи.
Мы живем в эпоху великих астрофизических открытий. Прорывные открытия — экзопланеты, гравитационные волны сливающихся черных дыр, расширение Вселенной — появляются каждую неделю или даже чаще. Но нет открытия, которого ждали бы больше, которое могло бы сравниться с другим по глубине и загадочности, чем разоблачение преобладающего большинства материи, которую нельзя увидеть в нашем мире напрямую. Эта материя темная, и ее природа неизвестна.
Стандартная модель космологии подсказывает нам, что лишь 4,9% Вселенной состоит из обычной материи (из той, что мы можем увидеть), в то время как остальная часть на 26,8% состоит из темной материи и на 68,3% из темной энергии. Как следует из названия этих понятий, мы не можем их увидеть, поэтому их существование должно вытекать из теоретических моделей, наблюдений крупномасштабной структуры Вселенной и очевидных гравитационных эффектов, которые проявляются на видимой материи.
Бенджамин Франклин однажды сказал, что любой дурак может критиковать, осуждать и жаловаться — и большинство дураков так и делает. Ричард Фейнман однажды сказал о научном процессе: первый принцип заключается в том, чтобы не обманывать себя — а вас легче всего обмануть. Скептики считают, что ученые могут обманывать сами себя (то ли по незнанию, то ли чтобы сохранить свое рабочее место), и зачастую обвиняют их в этом — климатологов, космологов, кого угодно. В принципе, легко отмахнуться от такой критики как от необоснованной, но возникает интересный вопрос: как мы можем убедиться, что не обманываем себя?
Стандартная космология — то есть теория Большого Взрыва с ее ранним периодом экспоненциального роста, известного как инфляция — является преобладающей научной моделью нашей Вселенной, в которой совокупность пространства и времени раздулась из очень горячей и плотной точки в гомогенный и постоянно расширяющийся простор. Эта теория объясняет множество физических явлений, которые мы наблюдаем. Но что, если мы не все знаем о ней?
Законы физики работают как вперед, так и назад во времени. Почему тогда кажется, что время движется лишь в одном направлении? Один из возможных ответов может также раскрыть секреты недостающей массы. Некоторые факты нашего опыта столь же очевидны и широко распространены, как различие между прошлым и будущем. Мы помним одно, но ожидаем другого. Если запустить фильм в обратном направлении, он не будет реалистичным. Мы говорим «стрела времени», имея в виду путь из прошлого в будущее.
Под Блэк-Хиллс в Северной Дакоте ученые Сэнфордского подземного исследовательского центра используют детектор под названием Large Underground Xenon (LUX) в охоте за частицами темной материи, загадочной субстанции, на которую, по мнению ученых, приходится большая часть материи во Вселенной. Внутри этого массивного устройства, которое содержит треть тонны жидкого ксенона в титановом сосуде, массив чувствительных светодетекторов ждет момента, когда частица темной материи столкнется с атомом ксенона и излучит крошечную вспышку света.
В 1969 году Нил Армстронг, от лица всего мира осуществил «гигантский скачок» на Луне. Мало кто из нас наблюдал за его первым шагом по телевизору, но в то время миллионы людей приникли к экранам и с замиранием сердца фиксировали картинку. Смог бы я описать его шаги, случись они вчера или сегодня? Был бы я взбудоражен, восхищен, вдохновлен? Не знаю. Магия этой истории в том, что она разворачивалась постепенно и затягивала все больше людей.
Борода, вообще, довольно популярна в мире на данный момент. Исследования показывают, что даже Солнечная система может быть «волосатей», чем предполагалось раньше. Гари Презо из Лаборатории реактивного движения NASA в Пасадене, Калифорния, предположил существование длинных нитей темной материи (волос). Работа была опубликована в журнале Astrophysical Journal.