Происхождение Вселенной - [47]

Нейтрино

Могут ли нейтрино быть темной материей? Стандартная модель физики элементарных частиц говорит нам, что эти неуловимые частицы не имеют массы. Современные эксперименты свидетельствуют о том, что масса у них есть, но она мала, и это единственное противоречие с тем, что предсказывает стандартная модель. Но, по-видимому, этой массы все-таки недостаточно, чтобы объяснить существование темной материи, по крайней мере, пока не будет открыта новая разновидность так называемых стерильных нейтрино. Последние результаты, полученные спутником «Планк» и нейтринной антарктической обсерваторией «Ледяной куб», пока не подтверждают существования этого типа нейтрино.

Космологическая постоянная

Когда Эйнштейн создавал свою модель стационарной Вселенной (см. «Общая теория относительности» в разделе «Принципы» в этой главе), он ввел дополнительный член в уравнения общей теории относительности, чтобы уравновесить силу тяготения. Позже он назвал введение этой космологической постоянной своей «самой большой ошибкой». Слегка скорректированная космологическая постоянная могла бы объяснить темную энергию, но теоретически предсказанная величина получается больше экспериментально измеренной в 10¹²⁰ раз. Это, пожалуй, самое вопиющее численное несоответствие во всей физике.

Черные дыры

Черные дыры – это сверхплотные объекты, которые поглощают все, включая свет, пролетающий слишком близко от них. Они имеют различные размеры: сверхмассивные черные дыры затаились в самом центре большинства галактик, а черные дыры звездной массы образуются при коллапсе звезд, выработавших свой ресурс. Черные дыры были предсказаны общей теорией относительности, и они представляют собой места, где гравитация настолько сильна, что ею больше нельзя пренебрегать, рассматривая квантовые взаимодействия на малых масштабах. В настоящее время у нас нет никакого представления, что происходит на краю черной дыры или внутри нее.

Решения

Решение 1: Модифицированная теория гравитации

Наши теории гравитации прошли проверку лишь на малых масштабах.

Общая теория относительности – чрезвычайно точная теория гравитации, по крайней мере, насколько мы способны об этом судить. Но, возможно, модифицированная теория сможет изгнать некоторых космических демонов?

Предсказания общей теории относительности по поводу движения космических зондов и планет точны в масштабе солнечной системы. Недавнее открытие гравитационных волн показывает, что общая теория относительности также правильно описывает процесс слияния двух черных дыр, вращающихся вокруг друг друга. Но по космическим стандартам в двойной системе черных дыр огромное количество массы спрессовано в относительно малом пространстве. Что происходит с гравитацией в тех средах, где напряженность гравитационного поля слабее?

Измененная версия теории гравитации, названная модифицированной ньютоновской динамикой, может объяснить аномальное вращение галактик, которое принято считать свидетельством существования темной материи, но в каком направлении производить эту модификацию – пока неизвестно. Согласно гравитационной гипотезе DGP, названной по имени предложивших ее ученых (Двали, Габададзе, Поррати), гравитация может «просачиваться» из нашего четырехмерного пространства в объем большего числа измерений, постепенно ослабляя свое действие с течением времени. Отсюда – иллюзия существования темной энергии. Однако эта гипотеза еще требует своего экспериментального подтверждения.

Решение 2: Суперсимметрия

Новые частицы помогут нам понять, почему мы видим мир таким, какой он есть.

Теория суперсимметрии, или Сьюзи (SUSY), как ее называют в узком кругу поклонников, – универсальный швейцарский нож в теориях элементарных частиц, ключ для открытия всего. Главный принцип заключается в том, что для каждого фермиона, образующего вещество в стандартной модели, есть свой переносчик взаимодействия – бозон, и наоборот.

Сьюзи была первоначально сформулирована для решения некоторых проблем физики элементарных частиц (например, почему три основных типа взаимодействия, не считая гравитации, имеют такие различные напряженности поля). Но потом оказалось, что нейтралино – самая легкая частица-суперпартнер, предложенная этой теорией, – являет собой готовый образчик темной материи.

Но, возможно, это чересчур хорошо, чтобы быть правдой: если бы суперсимметричные частицы существовали, они уже должны были быть созданы на Большом адронном коллайдере. Но за исключением одного странного импульса, который впоследствии не повторился, никаких знаков больше не было. Возможно, суперпартнеры тяжелее, чем мы думали, или просто мы неправильно расшифровываем имеющиеся у нас экспериментальные данные. Но постепенно у физиков-ядерщиков возникают все более серьезные опасения: возможно, природа не может дать такого четкого и ясного ответа, как это предлагает теория суперсимметрии.

Решение 3: Пятое взаимодействие

Может ли квинтэссенция изгнать космических духов?

Гравитация, электромагнетизм, слабое и сильное ядерное взаимодействие… Почему существует именно четыре фундаментальных взаимодействия в природе?