Тёмная материя и тёмная энергия: что это такое и в чём разница

Её ещё иногда называют тёмным веществом, и так, кстати, на русском языке звучит даже понятнее: это действительно какое-то неведомое вещество, которого во Вселенной раз в пять больше, чем вещества ведомого, то есть наблюдаемого, классифицированного Менделеевым и состоящего из атомов. По мере своего развития земная наука обнаружила, что массы всего этого понятного и реально наблюдаемого вещества в галактиках слишком мало для обеспечения в них нужной массы: все-все звёзды даже вместе со сверхмассивной чёрной дырой в центре галактики всё равно не дают той совокупной гравитации, которая требуется для удержания галактики в целости. Великолепные рукава Млечного Пути давным-давно распались бы на разрозненные и разбросанные по пространству звёзды, если бы их что-то не удерживало мощным невидимым гравитационным каркасом.

Эту невидимую поддержку обозначили как "скрытую массу". А раз это нечто имеет массу, значит, это вещество. Материя. Но что она собой представляет, абсолютно непонятно земной физике, потому что, кроме как гравитацией, эта тёмная материя ничем себя не выдаёт. Она не светится, свет не отражает, ни в какое электромагнитное взаимодействие не вступает, и никакого другого взаимодействия на уровне субатомных частиц в ней тоже не прослеживается. Если она состоит из каких-то частиц, то эти частицы существуют по каким-то своим законам. Они совсем не такие, как протоны, электроны или любые другие известные частицы, имеющие массу.

По мощи гравитации тёмной материи астрофизики подсчитали, что она составляет 22% Вселенной. Это при том, что "светлая", нормальная, наблюдаемая материя — это 4%, а большая часть этих 4% — на самом деле межгалактический газ, а сами галактики со всем своим содержимым — это лишь какие-то доли процента.

Таким образом, мы имеем четырёхпроцентный мизер обычного вещества плюс 22% тёмного, итого 26% Вселенной. Спрашивается, где же всё остальное?

Когда учёные пришли к выводу, что Вселенная возникла в результате Большого взрыва, то логично предположили, что энергия этого "взрыва" со временем должна ослабляться, а значит, и вызванное им расширение Вселенной должно замедляться. Таким образом, по этой логике, в конце концов оно остановится и гравитация всего массивного в космосе запустит обратный процесс: Вселенная начнёт сжиматься и в итоге схлопнется назад в ту точку сингулярности, откуда она и появилась.

Меж тем к моменту появления таких представлений учёные уже умели, глядя на звёзды и галактики, определять, в каком направлении по отношению к нам они движутся и даже с какой скоростью. Это подсказывает "оттенок" идущего от них света. Дело в том, что, если источник каких-либо волн от наблюдателя удаляется, то эти волны вытягиваются, становятся длиннее. Соответственно, если это волны видимого света, то самые длинные из них — волны света красного. Поэтому степень "покраснения" галактики выдаёт, насколько стремительно она от нас удаляется. Это называется красным смещением.

Так вот, по этому красному смещению обнаружилось, что чем дальше галактики, тем быстрее они мчатся прочь от нас. То есть вместо того, чтобы замедляться, они, наоборот, только всё больше и больше разгоняются. Спрашивается, за счёт чего? Что их толкает?

Учёные пришли к выводу, что на самом деле это не они летят на каких-то галактических турбо-двигателях, они сами передвигаются только относительно друг друга под влиянием взаимной гравитации. "Летит" само пространство-время, в котором они находятся. Так же, как человек на эскалаторе стоит неподвижно, а движется сама лента под его ногами. То есть галактики стоят на эскалаторе, который едет во всех направлениях, притом всё быстрее и быстрее.

Но что тогда приводит в движение сам "эскалатор"? Какая-то таинственная, непостижимая сила, которая по своему принципу противоположна гравитации: она не притягивает, а отталкивает. Не "скручивает" ткань Космоса, а, наоборот, растягивает её. Источник этой "антигравитации" и нарекли тёмной энергией.

Такое впечатление, что она беспрепятственно работает везде, куда не вмешиваются массивные частицы. Там, где Вселенная "оставлена в покое", где нет ни тёмной материи, ни галактического газа, ни галактик и вообще ничего массивного, она собой представляет всё сильнее и сильнее раздувающееся пустое пространство-время.

Есть мнение, что это та самая энергия, которая проявляет себя в полной "пустоте", в вакууме, где нет никакого газа, никаких даже субатомных частиц. Физики давно знают, что даже в отсутствие какого-либо вещества этот "вакуум" кишит какими-то, по сути, нематериальными квантовыми частицами, которые всё время невесть откуда появляются, невесть куда исчезают, взаимно уничтожаются, и вся эта бурная деятельность называется энергией вакуума. Многие физики склоняются к тому, что именно эта энергия так по-особому воздействует на пространство-время, вызывает его расширение. Но есть и альтернативная версия: может быть, тёмная энергия — это некое не известное физике поле? Не гравитационное, не электромагнитное, а какое-то другое? И пока трудно сказать, которая из гипотез более убедительна. В любом случае, судя по темпам расширения пространства-времени, к настоящему моменту это нечто, которое мы не понимаем, заняло более 70% Вселенной.