Цивилизация
Одной из главных и самых обсуждаемых нерешенных проблем астрофизики остается расхождение между теоретически предсказанными и фактически наблюдаемыми скоростями вращения галактик, а также скоростями галактик относительно друг друга. Как стало ясно еще 80 лет назад,
во Вселенной просто недостаточно материи, чтобы объяснить столь большие скорости галактик.
Чтобы уравнения сошлись с полученными в результате наблюдений данными, астрофизики исходят из наличия скрытой массы некоего гипотетического вещества, не взаимодействующего с обычным (барионным) веществом. Это скрытое вещество не испускает электромагнитного излучения, поэтому его сложно детектировать непосредственно, но должно продуцировать гравитационные эффекты, объясняющие высокие скорости вращения внешних областей галактик.
Учитывая, что скрытая масса, по расчетам, превосходит массу наблюдаемую в 5,5 раз, галактики становятся декорациями из видимого барионного вещества, украшающего облака темной материи. Но мало того, что темную материю пока не удалось засечь ни на одном из построенных детекторов: даже гипотетически ее природа остается совершенно непонятной.
Работающей в CERN физик Драган Славко Хадждукович — один из тех, кто скептически относится к гипотезе скрытой массы. В свежем номере журнала Astrophysics and Space Science опубликована его статья под названием «Не является ли темная материя иллюзией, вызванной гравитационной поляризацией квантового вакуума?» (текст статьи доступен в архиве электронных препринтов), предлагающая альтернативное и довольно изящное решение проблемы парадокса со скоростями.
«Есть два подхода в объяснении аномально высоких скоростей вращения внешних областей галактик: один постулирует существование темной материи, другой требует изменения закона гравитации, — пояснил Хадждукович в интервью PhysOrg.com. — Я предлагаю третий вариант, не требующий ни участия темной материи (в разгоне вещества — «Газета.Ru»), ни модификаций существующих законов».
Как и в предложенной им же модели циклической Вселенной, в которой попеременно доминируют материя и антиматерия, Хадждукович основывает свой подход на предположении, что материя и антиматерия гравитационно отталкиваются друг от друга в силу того, что частицы и античастицы несут гравитационные заряды противоположных знаков.
«Считается, что существует всего один гравитационный заряд, приравниваемый большинством физиков к инертной массе частицы. Я же считаю, что по аналогии с электромагнитными взаимодействиями существует и два противоположных гравитационных заряда — положительный для частиц и отрицательный для античастиц», — рассказывает исследователь.
На этом аналогия с электромагнитными взаимодействиями заканчивается. В отличие от электрических зарядов, гравитационно противоположно заряженные частицы и античастицы не притягиваются друг к другу, но отталкиваются. Если это так, то квантовый вакуум, в котором постоянно рождаются на короткое время виртуальные пары из частиц и античастиц, представляет собой кипящий бульон из гравитационно разнозаряженных виртуальных пар частиц.
«Вселенную можно представить себе как систему двух взаимодействующих сущностей. Первая — это «нормальное» барионное вещество, которое погружено во вторую — квантовый вакуум, состоящий из множества короткоживущих диполей, в том числе гравитационных», — считает Хадждукович.
Согласно сделанным расчетам,
большие скопления нормальной материи могут гравитационно поляризовать квантовый вакуум, одинаково ориентируя виртуальные гравитационные диполи.
Так возникает дополнительное гравитационное поле, вызывающее у астрофизиков иллюзию «скрытой массы» или желание «подправить что-нибудь в консерватории», то есть в фундаментальных уравнениях гравитации.
В своей статье Хадждукович рассчитал вклад этой дополнительной гравитации, и получившиеся цифры в значительной степени совпали с данными, полученными в результате наблюдений.
Другим косвенным доказательством верности расчетов стало решение другого астрофизического ребуса — эмпирического уравнения Тулли и Фишера. В 1977 году на основе накопленной статистики ученые установили точную зависимость между светимостью галактики и гипотетической скрытой массой. Уравнения Хадждуковича дают такую же зависимость, то есть не входят в противоречие с наблюдениями, но таинственный параметр скрытой массы раскрывается у него через сценарий гравитационной поляризации вакуума и гравитационное взаимодействие материи и антиматерии, которые, в отличие от темной материи, реально существуют (хотя гипотезу отталкивания их гравитационных зарядов, как и вообще реальность существования таких зарядов, только предстоит проверить экспериментально).
Как резюмирует сам автор, главным достоинством его теории является то, что она, в отличие от теории скрытой массы и альтернативных (пусть даже не самых радикальных) редакций Модифицированной ньютоновской динамики (МОНД, см. справку), делает предположение относительно существующих реалий, а не плодит новые сущности типа темной материи или новых физических законов, соблюдая, таким образом, важное для науки правило «бритвы Оккама».
Представленное объяснение расходимости скоростей вытекает из существующих квантово-механических описаний вакуума. Но рассуждать о том, насколько корректна гипотеза Хадждуковича и не является ли она, по его собственному выражению, «очередным математическим упражнением», можно лишь после того, как будет экспериментально прояснен характер гравитационного взаимодействия материи и антиматерии.
Возможно, ждать осталось не так уж долго. Действительно ли частицы и античастицы гравитационно отталкиваются друг от друга (краеугольный тезис в гипотезе Хадждуковича), может показать эксперимент AEGIS (Antimatter experiment: Gravity, interferometry, spectroscopy), проводимый CERN по программе исследований антивещества на экспериментальном замедлителе антипротонов.