# Почему за 100 лет физики не нашли 85% массы Вселенной: итоги дискуссии WSF Источник: https://www.youtube.com/watch?v=1VajnuxMJmU Канал: World Science Festival Опубликовано: 12.10.2019 --- В ноябре 2019 года исполнилось сто лет со дня экспериментального подтверждения общей теории относительности Эйнштейна [0:38]. На дискуссии World Science Festival физик Брайан Грин и его коллеги обсудили, почему спустя век гравитация остается ключом к пониманию главной загадки космоса — невидимой материи, составляющей 85% массы Вселенной. ## 🔭 История открытия «темной стороны» Вселенной [[JUMP:03:14]] Идея существования невидимого вещества возникла в конце XIX века. Лорд Кельвин, моделируя движение звезд в галактике как молекулы газа в коробке, предположил, что большинство светил могут быть «темными телами» [04:23]. Позже математик Анри Пуанкаре, вдохновившись работами Кельвина, ввел в научный оборот сам термин **Темная материя** [05:03]. В 1930-х годах Фриц Цвикки изучал движение галактик в скоплении Волосы Вероники [05:31]. Он обнаружил, что их скорости слишком велики: видимой массы не хватало для удержания скопления от распада. Окончательно аргументы в пользу невидимой массы сформулировала Вера Рубин. Она доказала, что звезды на окраинах галактик вращаются так же быстро, как и в центре [07:41]. По законам гравитации они должны были вылететь в открытый космос, но некое скрытое вещество удерживает их на орбитах. Ключевые факты о масштабе проблемы: * На долю обычной материи (протонов, нейтронов, электронов) приходится лишь около 5% плотности Вселенной [08:35]. * Темная материя превышает массу видимого вещества в 4–5 раз [08:08]. * Остальные 70% приходятся на темную энергию, ответственную за ускоренное расширение пространства. ## 🌑 Кандидаты в темную материю: от черных дыр до вимпов [[JUMP:16:37]] Джозеф Силк выделяет две основные группы гипотез: макроскопические объекты и элементарные частицы. Обычное барионное вещество (погасшие звезды, планеты) ученые исключили, опираясь на данные о первичном нуклеосинтезе Большого взрыва [17:28]. Если бы темная материя состояла из обычных атомов, концентрация гелия во Вселенной была бы принципиально иной. Джозеф Силк называет перспективным кандидатом **Первичные черные дыры** [19:56]: 1. Они могли образоваться в первые мгновения после Большого взрыва. 2. Их масса может быть сопоставима с массой астероида при микроскопическом размере [19:16]. 3. Они не требуют введения «новой физики» или ранее неизвестных частиц. 4. Наблюдения за галактикой Андромеды уже позволили зафиксировать события микролинзирования, которые могут быть признаком таких объектов [19:44]. Марианджела Лизанти фокусируется на поиске новых элементарных частиц. Единственная частица Стандартной модели, похожая на темную материю — это нейтрино, но его массы недостаточно для объяснения наблюдаемых эффектов [25:03]. Поэтому теоретики обратились к концепции **Суперсимметрии** [22:09]. Согласно этой теории, у каждой известной частицы есть массивный партнер. Легчайший из них должен быть стабильным, нейтральным и слабо взаимодействующим с обычной материей. Такие гипотетические частицы получили название **WIMP** (слабо взаимодействующие массивные частицы) [30:30]. ## 🛰️ Экспериментальные поиски и «вимп-чудо» [[JUMP:30:42]] Популярность вимпов среди физиков обусловлена математическим совпадением, известным как «вимп-чудо» [28:20]. Если предположить, что частица имеет массу в 100 раз больше протона и взаимодействует через слабое ядерное взаимодействие, то расчетное количество таких частиц, оставшихся после Большого взрыва, в точности совпадает с наблюдаемой плотностью темной материи [29:12]. Для поимки вимпов ученые используют три метода [31:08]: * **Создание в лаборатории:** На Большом адронном коллайдере (LHC) физики сталкивают протоны, надеясь превратить энергию столкновения в массу темных частиц [31:35]. Пока результатов нет. * **Косвенное детектирование:** Поиск вспышек гамма-излучения в центрах галактик, возникающих при аннигиляции частиц темной материи друг с другом [32:30]. Спутник Fermi зафиксировал избыток гамма-лучей в центре Млечного Пути, но этот сигнал могут создавать быстро вращающиеся пульсары [35:43]. * **Прямое детектирование:** Глубоко под землей установлены баки с жидким ксеноном или аргоном (эксперименты Xenon1T, LZ). Ученые ждут, когда частица темной материи врежется в ядро атома, вызвав слабую отдачу [50:06]. Риса Векслер отмечает, что отсутствие сигналов в этих экспериментах заставляет физиков рассматривать более легкие частицы, например **Аксионы**, или гипотезы «Темного сектора», где невидимая материя имеет свои собственные силы взаимодействия [48:08]. ## 🧩 Гравитация как иллюзия: подход Эрика Верлинде [[JUMP:52:45]] Эрик Верлинде предлагает радикальную альтернативу: возможно, темной материи не существует как вещества. По его мнению, аномалии в движении звезд вызваны несовершенством нашего понимания гравитации на больших масштабах [53:48]. Верлинде рассматривает гравитацию не как фундаментальную силу, а как **Эмерджентное явление**, возникающее из термодинамики и квантовой запутанности [54:43]. Аргументы Верлинде: 1. Черные дыры обладают энтропией, пропорциональной площади их горизонта событий, что доказали Стивен Хокинг и Якоб Бекенштейн [56:53]. 2. Наша Вселенная также имеет горизонт из-за наличия темной энергии и ускоренного расширения [1:02:51]. 3. Взаимодействие обычной материи с энтропией этого космического горизонта создает дополнительную «упругую» силу гравитации [1:09:07]. По словам Эрика Верлинде, эта добавочная сила проявляется именно тогда, когда ускорение падает ниже критического значения на окраинах галактик [1:08:13]. Это позволяет объяснить плоские кривые вращения без привлечения новых частиц. ## 🔮 Будущее физики теней [[JUMP:1:15:51]] Риса Векслер подчеркивает, что модель темной материи как частиц крайне успешна: она с высокой точностью предсказывает структуру распределения миллионов галактик во Вселенной [39:33]. Однако десятилетия поисков не дали прямого подтверждения. Джозеф Силк прогнозирует развитие событий на ближайшие 50 лет [1:15:51]: * Строительство в Китае и Европе ускорителей частиц в 10 раз мощнее LHC [1:16:04]. * Установка телескопов на Луне — стабильной платформе без атмосферы, которая миллиарды лет подвергалась бомбардировке всеми видами излучений [1:16:33]. * Уточнение данных о реликтовом излучении и расширении Вселенной, что поможет проверить гипотезу эмерджентной гравитации. Участники дискуссии сошлись во мнении: если в ближайшие 10–15 лет вимпы не будут обнаружены, научному сообществу придется признать, что мы ищем частицы в слишком узком «окне» возможностей, и пересмотреть фундаментальные основы теории тяготения [1:18:16].