В этот раз очередная лекция просветительского проекта «Тольяттиазота» прошла в формате онлайн. Все-таки пандемия коронавируса вносит некоторые корректировки в городские событийные мероприятия.
Но и здесь организаторы угадали. Даже в онлайн-режиме лекция оказалась увлекательной, интересной и фантастической. А приглашенный лектор – известный исследователь космоса, астроном, писатель, популяризатор науки, старший научный сотрудник государственного астрономического института имени Штернберга, доцент физического факультета МГУ Владимир Сурдин – умеет зацепить аудиторию. Поэтому базовый курс астрономии с физикой смело можно изучить за пару лекций интеллектуального клуба «Химия слова».
Итак, астроном рассказал слушателям о «четырех темных» сторонах Вселенной: темной стороне Луны, черных дырах, темной материи и энергии.
Как одну из самых таинственных субстанций на свете он указал темную энергию, названную так не из-за оттенка, а оттого, что о ней почти ничего не известно. Ученые знают лишь то, что она существует.
– Темную энергию наше поколение вряд ли сможет исследовать детально. Это задача для будущего. Эту энергию в лаборатории не исследовать, а лабораторию размером с галактику не построить, – с сожалением отметил Владимир Сурдин.
В астрономии первым «темным делом» является невидимая сторона Луны. Она всегда смотрит на нас одной стороной, а вторую, обратную, мы с Земли никогда не видели. На невидимую сторону заглянули в далеком 1959 году. Аппарат «Луна-3» смог сфотографировать и передать на Землю ее изображения.
Оказалось, что обратная сторона не похожа на видимую, то есть Луна загадочно состоит из двух совершенно разных полушарий. На видимой стороне наблюдается много морей, залитых лавой. А на обратной их нет. Почему Луна настолько асимметрична, никто не знает до сих пор.
Следующее, не менее загадочное явление в космосе – черные дыры. Впервые концепция массивного тела, гравитационное притяжение которого настолько велико, что скорость, необходимая для преодоления этого притяжения, равна или превышает скорость света, была высказана в 1784 году Джоном Мичеллом. Считалось, что черные дыры поглощают всю материю вокруг себя.
– Исследование черных дыр продолжалось: Стивен Хокинг предположил, что у них имеется излучение, которое впоследствии назвали хокинговским. В вакууме постоянно рождаются частицы и античастицы. Если это произойдет не на горизонте событий, а немного выше и ниже его, одна из частиц «рухнет» вниз черной дыры, в то время как другая частица приобретет энергию и сможет вылететь из нее. Мы снаружи это воспринимаем как излучение черной дыры. Пока это только теория, еще не проверенная на эксперименте, – объяснил ученый.
Также Владимир Георгиевич рассказал о том, что лично общался с главным мировым теоретиком черных дыр Стивеном Хокингом и даже… носил его на руках. В семидесятые годы знаменитый британский физик неоднократно приезжал к коллегам в Советский Союз, и в институт астрономии парализованного ученого приходилось вносить на руках, а отдельно – его инвалидную коляску. Ни о каких пандусах в те времена речи не было.
Как же «получаются» черные дыры? Они образуются из звезд, которые начинают сжиматься. Звезды типа Солнца после окончания термоядерного синтеза в ядре сбросят верхние слои и оставят ядрышко, которого будет недостаточно для образования черной дыры, оно превратится в белого карлика, очень плотное тело. Более массивные звезды, прожив и сбросив оболочку в виде взрыва, могут из ядра образовать или нейтронную звезду, или черную дыру. Особенность этих дыр в том, что их нельзя увидеть, поскольку они поглощают свет. Лишь возможно попробовать увидеть ее влияние на близкие объекты.
– В черных дырах вещество спряталось глубоко, никакого взаимодействия вещества, кроме гравитационного, нам не суждено почувствовать. Предположение о существовании гравитационных волн выразил Эйнштейн. Их могут порождать массивные объекты, изменяя пространство-время, – прокомментировал астроном.
Гравитация – очень слабая сила. Ее очень сложно зафиксировать, но в 2015 году удалось детектировать гравитационные волны обсерваторией LIGO. За это открытие уже в 2017 году была присуждена Нобелевская премия.
Ученые детектировали взаимодействия двойных систем массивных объектов, например, нейтронных звезд, которые постоянно излучают гравитационные волны. Излучение постепенно сокращает их орбиты и в конечном счете приводит к слиянию, порождающему в этот момент особенно мощную гравитационную волну, буквально «прокатывающуюся» по Вселенной.
А совершенное недавнее открытие позволило подтвердить представления ученых о том, как выглядят черные дыры. В прошлом году впервые сделали фотографию черной дыры. Чтобы ее сфотографировать, потребовалась сеть из восьми телескопов, расположенных на разных континентах. Уникальная фотография подтвердила существование черных дыр в нашей Вселенной, поскольку до этого времени их было невозможно увидеть.
Поведал Сурдин еще о двух тайнах астрофизики: темной материи и темной энергии.
– Пока мы не понимаем, что такое темная материя, что это за вещество и что за частицы. Физики еще не научились их регистрировать, – объяснил он. – О существовании темной материи узнали не физики, а астрономы. Еще с 1930-х годов, наблюдая за движением соседних галактик, они поняли, что там есть не только звезды. Гравитация в них значительно сильнее, чем это могли бы обеспечить звезды, планеты, межзвездный газ и другое наблюдаемое нами вещество.
Звезды – это основные объекты, которые мы видим. Но их массы явно недостаточно, чтобы объяснить массу галактик в целом. Звезды на больших расстояниях от центра галактик достаточно быстро обращаются вокруг этих центров. А ведь по законам физики так быть не должно: по мере удаления от центра притяжения скорость движения тел должна уменьшаться, посмотрите хотя бы на Солнечную систему.
– Значит, вдали от центра галактик есть что-то, что обеспечивает гравитацию, какая-то невидимая, скрытая масса. И мы точно знаем, что это не может быть веществом, которое нам так хорошо знакомо, с его протонами, электронами, нейтронами. Это частицы нового типа. Они окружают нас и ежесекундно пронизывают наши тела, а мы их не ощущаем. И создать такие приборы, которые были бы способны их регистрировать, физики пока не могут.
О существовании темной материи ученые судят и по другим признакам. Например, по распадам звездных скоплений, которые не должны были бы происходить, если бы не было взаимодействия с каким-то невидимым нам веществом. А также по эффекту гравитационной линзы: скопления галактик искривляют лучи света, которые исходят от объектов, расположенных за ними.
Так и должно быть, это следует из теории относительности, но подсчет искажения показывает, что невидимого вещества там гораздо больше, чем видимого. Больше где-то раз в пять, – пояснил лектор.
Другая загадка науки – темная энергия. Ее физики даже не пытаются решать в лабораториях, только теоретически.
В 20 веке астрономы зафиксировали движение галактик, обнаружив, что почти все они удаляются от нас. Когда первооткрыватель космоса Эдвин Хаббл научился измерять расстояние до галактик, выяснилось: чем дальше от нас галактика, тем быстрее она улетает. Математики все эти закономерности описали. Оказалось, что вариантов расширения Вселенной не так уж много. И взаимное притяжение галактик должно останавливать их разбег: как камень, брошенный вверх, в какой-то момент останавливается и начинает падать на землю.
В конце 1980-х появились новые данные. Открыли, что движение галактик не только не тормозится, но и, наоборот, ускоряется. Это означало, что в природе есть сила, которая на значительных расстояниях побеждает гравитацию, своего рода антигравитация. И если первые 7 миллиардов лет после Большого взрыва побеждала гравитация, то затем стала побеждать иная сила, которая начала расталкивать галактики.
Этой силе дано условное название: темная энергия. Саму энергию ученые посчитать могут, а вот указать ее носителя – нет. То ли это какое-то поле, то ли свойство вакуума, пока непонятно…
Следующая лекция просветительского проекта «Химия слова» также пройдет онлайн. 18 декабря выступит нейробиолог, профессор Нью-Йоркского университета Николай Кукушкин с лекцией «Человек как две формы жизни». Трансляция будет идти в группе «Тольяттиазота» в «ВКонтакте».

Лекцию слушала Алина НЕСТЕРОВА