Это – третья заметка из задуманной серии статеек против академика Николая Левашова в изЛОЖении таинственного Новичка, стиль которого очень напоминает Евгения Мельникова. Посмотрим на его рассуждения:

Это – третья заметка из задуманной серии относительно ляпов Левашова. Тем, кто не читал первую статью, настоятельно рекомендую прочитать её начальную часть: Введение...

В своей книге «Неоднородная Вселенная» Левашов пишет (стр. 111, второй абзац снизу)^[1] -

Цитата:

Где же и что же из себя представляют эти 90% материи Вселенной?

Современная наука решила вопрос очень просто — «dark matter». Материя Вселенной, которую мы не видим, не слышим, не осязаем. Именно эта «тёмная материя» и заключает в себе 90% материи Вселенной…

Так вот, «dark matter» представляет собой несвязанные (не взаимодействующие между собой) первичные материи нашей Вселенной.

Давайте же разберёмся, что такое тёмная материя и насколько эта цитата соответствует действительности.

Естествознание сейчас находится в начале нового, необычайно интересного этапа своего развития. Он замечателен прежде всего тем, что наука о микромире — физика элементарных частиц — и наука о Вселенной — космология — становятся единой наукой о фундаментальных свойствах окружающего нас мира. Различными методами они отвечают на одни и те же вопросы: какой материей наполнена Вселенная сегодня? Какова была её эволюция в прошлом? Какие процессы, происходившие между элементарными частицами в ранней Вселенной, привели в конечном итоге к её современному состоянию? Если сравнительно недавно обсуждение такого рода вопросов останавливалось на уровне гипотез, то сегодня имеются многочисленные экспериментальные и наблюдательные данные, позволяющие получать количественные (!) ответы на эти вопросы. Это — еще одна особенность нынешнего этапа: космология за последние 10–15 лет стала точной наукой. Уже сегодня данные наблюдательной космологии имеют высокую точность; еще больше информации о современной и ранней Вселенной будет получено в ближайшие годы.

Полученные в последнее время космологические данные требуют кардинального дополнения современных представлений о структуре материи и о фундаментальных взаимодействиях элементарных частиц. Сегодня мы знаем всё или почти всё о тех «кирпичиках», их которых состоит обычное вещество — атомы, атомные ядра, входящие в состав ядер протоны и нейтроны, — и о том, как взаимодействуют между собой эти «кирпичики» на расстояниях вплоть до 1/1000 размера атомного ядра. Это знание получено в результате многолетних экспериментальных исследований, в основном на ускорителях, и теоретического осмысления этих экспериментов. Космологические же данные свидетельствуют о существовании новых типов частиц, ещё не открытых в земных условиях и составляющих «темную материю» во Вселенной. Скорее всего, речь идет о целом пласте новых явлений в физике микромира, и вполне возможно, что этот пласт явлений будет открыт в земных лабораториях в недалеком будущем. Еще более удивительным результатом наблюдательной космологии стало указание на существование совершенно новой формы материи — «темной энергии».

Тёмная материя

Темная материя сродни обычному веществу в том смысле, что она способна собираться в сгустки (размером, скажем, с галактику или скопление галактик) и участвует в гравитационных взаимодействиях так же, как обычное вещество. Скорее всего, она состоит из новых, не открытых еще в земных условиях частиц. Помимо космологических данных, в пользу существования темной материи служат измерения гравитационного поля в скоплениях галактик и в галактиках. Имеется несколько способов измерения гравитационного поля в скоплениях галактик, один из которых — гравитационное линзирование, проиллюстрированное на рис.1.

Рис. 1 Гравитационное линзирование

Гравитационное поле скопления искривляет лучи света, испущенные галактикой, находящейся за скоплением, т. е. гравитационное поле действует как линза. При этом иногда появляются несколько образов этой удаленной галактики; на левой половине рис. 1 они имеют голубой цвет. Искривление света зависит от распределения массы в скоплении, независимо от того, какие частицы эту массу создают. Восстановленное таким образом распределение массы показано на правой половине рис. 1 голубым цветом; видно, что оно сильно отличается от распределения светящегося вещества. Измеренные подобным образом массы скоплений галактик согласуются с тем, что темная материя вкладывает около 25% в полную плотность энергии во Вселенной. Это же число получается из сравнения теории образования структур (галактик, скоплений) с наблюдениями.

Что представляют из себя частицы темной материи? Ясно, что эти частицы не должны распадаться на другие, более легкие частицы, иначе бы они распались за время существования Вселенной. Сам этот факт свидетельствует о том, что в природе действует новый, не открытый пока закон сохранения, запрещающий этим частицам распадаться. Аналогия здесь с законом сохранения электрического заряда: электрон — это легчайшая частица с электрическим зарядом, и именно поэтому он не распадается на более легкие частицы (например, нейтрино и фотоны). Далее, частицы темной материи чрезвычайно слабо взаимодействуют с нашим веществом, иначе они были бы уже обнаружены в земных экспериментах. Дальше начинается область гипотез. Наиболее правдоподобной (но далеко не единственной!) представляется гипотеза о том, что частицы темной материи в 100–1000 раз тяжелее протона, и что их взаимодействие с обычным веществом по интенсивности сравнимо с взаимодействием нейтрино. Именно в рамках этой гипотезы современная плотность темной материи находит простое объяснение: частицы темной материи интенсивно рождались и аннигилировали в очень ранней Вселенной при сверхвысоких температурах (порядка 10¹⁵ градусов), и часть их дожила до наших дней. При указанных параметрах этих частиц их современное количество во Вселенной получается как раз такое, какое нужно.

Тёмная энергия

Темная энергия — гораздо более странная субстанция, чем темная материя. Начать с того, что она не собирается в сгустки, а равномерно «разлита» во Вселенной. В галактиках и скоплениях галактик её столько же, сколько вне их. Самое необычное то, что темная энергия в определенном смысле испытывает антигравитацию. Мы уже говорили, что современными астрономическими методами можно не только измерить нынешний темп расширения Вселенной, но и определить, как он изменялся со временем. Так вот, астрономические наблюдения свидетельствуют о том, что сегодня (и в недалеком прошлом) Вселенная расширяется с ускорением: темп расширения растет со временем. В этом смысле и можно говорить об антигравитации: обычное гравитационное притяжение замедляло бы разбегание галактик, а в нашей Вселенной, получается, всё наоборот.

Такая картина, вообще говоря, не противоречит общей теории относительности, однако для этого темная энергия должна обладать специальным свойством — отрицательным давлением. Это резко отличает её от обычных форм материи. Не будет преувеличением сказать, что природа темной энергии — это главная загадка фундаментальной физики XXI века.

Один из кандидатов на роль темной энергии — вакуум. Плотность энергии вакуума не изменяется при расширении Вселенной, а это и означает отрицательное давление вакуума. Другой кандидат — новое сверхслабое поле, пронизывающее всю Вселенную; для него употребляют термин «квинтэссенция». Есть и другие кандидаты, но в любом случае темная энергия представляет собой что-то совершенно необычное.

Более подробно о темной материи и тёмной энергии можно почитать здесь: Тёмная материя и тёмная энергия во Вселенной. Хотя этой статье уже пять лет и некоторые из приведённых там данных уже устарели (сейчас они измерены более точно), тем не менее, и сейчас эта статья не потеряла актуальности.

Исследование новых явлений, как всегда в физике, производится по нескольким направлениям. Естественно, что исследования тёмной материи также ведутся по нескольким направлениям: по скорости движения галактик в скоплениях, по излучению газа, находящегося в скоплениях галактик и т.д. Наиболее точное измерение количества невидимой материи во Вселенной дают измерения анизотропии реликтового микроволнового излучения. Для этого в 2001 году НАСА вывело на орбиту спутник WMAP, Wilkinson Microwave Anisotropy Probe — космический аппарат, предназначенный для изучения реликтового микроволнового излучения, образовавшегося в результате Большого взрыва в момент зарождения Вселенной. Вот основные данные, полученные с помощью спутника Wilkinson Microwave Anisotropy Probe:

1. NASA's Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) has mapped the Cosmic Microwave Background (CMB) radiation (the oldest light in the universe) and produced the first fine-resolution (0.2 degree) full-sky map of the microwave sky

2. WMAP definitively determined the age of the universe to be 13.73 billion years old to within 1% (0.12 billion years)

3. WMAP nailed down the curvature of space to within 1% of "flat" Euclidean, improving on the precision of previous award-winning measurements by over an order of magnitude

4. The CMB became the "premier baryometer" of the universe with WMAP's precision determination that ordinary atoms (also called baryons) make up only 4.6% of the universe (to within 0.1%)

5. WMAP's complete census of the universe finds that dark matter (not made up of atoms) make up 23.3% (to within 1.3%)

6. WMAP's accuracy and precision determined that dark energy makes up 72.1% of the universe (to within 1.5%), causing the expansion rate of the universe to speed up. - "Lingering doubts about the existence of dark energy and the composition of the universe dissolved when the WMAP satellite took the most detailed picture ever of the cosmic microwave background (CMB)".

Перевод:

1. Микроволновый зонд анизотропии Уилкинсона НАСА (WMAP) получил высокоточное (с разрешением в 0,2 угловых градуса) изображение излучения космического микроволнового фона (наиболее старого света во Вселенной) по всему небосводу.

2. WMAP окончательно определил возраст Вселенной в 13,73 миллиарда лет с неопределённостью в 1% (0,12 млрд. лет).

3. WMAP обнаружил, что отклонение кривизны пространства от «плоского» Евклидова, не превышает 1%, что превосходит более чем на порядок точность лучших предыдущих измерений.

4. Космический микроволновый фон стал «главным бариометром» (измерителем количества барионной материи) Вселенной, позволив точно определить количество обычных атомов (также называемых барионными), которые составляют только 4,6% Вселенной, с неопределённостью в 0,1%.

5. Полный учёт темной материи (не состоящей из атомов) во Вселенной, проведённый WMAP, составляет 23,3 % с неопределённостью в 1,3%

6. WMAP аккуратно и точно определил, что тёмная энергия составляет 72,1% с неопределённостью в 1,5%, являясь причиной ускоренного расширения Вселенной. «Слабые сомнения относительно существования тёмной энергии и состава Вселенной отпали, когда спутник WMAP сделал самый детальный, чем когда-либо, снимок космического микроволнового фона».

Вот таков наш «академик-физик», который не имеет представления, из чего же состоит наша Вселенная!

Теперь рассмотрим вторую часть цитаты, где Левашов утверждает, что тёмная мат ерия представляет собой несвязанные (не взаимодействующие между собой) первичные материи нашей Вселенной. Ну, во-первых, что такое «первичные материи» Левашов нигде не определяет. Во-вторых, каких-либо экспериментальных доказательств существования этих «первичные материй» нет. И в-третьих, тёмная материя прекрасно взаимодействует как между собой, так и с обычным, барионным веществом. И выражается это взаимодействие во взаимном притяжении, как частиц тёмной материи, так и обычного вещества. Более того, если бы тёмная материя не взаимодействовала (гравитационно) между собой и с обычной материей, то нас бы во Вселенной не существовало. И причина этого в том, что сил гравитационного притяжения обычного вещества просто не хватит для образования планет, звёзд и галактик! Т.е. по существу скопления тёмной материи представляют собой «каркас» для обычного вещества.

Так что и здесь наш «академик» опять написал бред!

Ну, и в заключении укажу, что по последним данным, частицы тёмной материи уже почти открыты. Почему почти? Достоверность какого-либо открытия в физике принято оценивать в единицах сигма – σ. Сигма – это так называемое стандартное отклонение. В выше приведённой таблице, после знака ± как раз и указывается стандартное отклонение.  Так вот, частицы темной материи обнаружены с критерием в 2σ, но по принятым в физике правилам, открытие считается действительно зарегистрированным, если оно удовлетворяет критерию 5σ. Коэффициент перед σ: 1, 2, 3 и т.д. называется коэффициентом охвата (квантиль) – это понятия из теории вероятности. Для того, чтобы понять, почему открытие «почти» совершено, знать досконально теорию вероятности вовсе не нужно, достаточно познакомится с ниже приведённой  таблицей, в которой каждому коэффициенту охвата соответствует своядоверительная вероятность, т.е. вероятность того, что какое-либо событие действительно имеет место быть:

Т.е. можно утверждать, что частицы тёмной материи открыты с вероятностью 95,4%, однако этого недостаточно, нужно чтобы эта вероятность была больше 99,999943%! Вот такие жёсткие требования в современной физике. Конечно это требует кропотливой работы многих учёных, а не так, как у Левашова, нарисовал цветные кривулинки – всё, первоматерии существуют!