Невидимая Вселенная. Темные секреты космоса - Йостейн Рисер Кристиансен

в разные стороны из вращающихся галактик, а сами галактики — из скоплений галактик. Из этой ситуации мы выходили, вводя темную материю, которая решала наши проблемы, добавляя недостающие гравитационные силы. Но существует и альтернативный подход. Давайте представим, что никакой темной материи не существует. Правда, даже в этом случае нельзя сбрасывать со счетов наблюдения, указывающие на недостаток гравитационных сил. Но вместо того, чтобы вводить невидимую таинственную субстанцию, которая создает эти гравитационные силы, мы можем предположить, что несостоятельна сама теория. Но разве наши законы гравитации уже не прошли всевозможные проверки? Имеет ли смысл вообще о них рассуждать? Понятное дело, убедиться в точности законов гравитации можно, бросая камни с высоких башен, проводя эксперименты с маятниками или изучая движение планет и спутников в Солнечной системе. В результате подобных экспериментов создается впечатление, будто этот вопрос мы изучили досконально. Но ведь и гравитационные аномалии возникают не в Солнечной системе, а в отдаленных галактиках, скоплениях галактик или во всей Вселенной. А ведь галактики в разы крупнее нашей Солнечной системы — речь идет о расстояниях, более чем в миллиард раз превышающих расстояние между Землей и Солнцем. Наверняка мы знаем, как работает гравитация только в Солнечной системе. Откуда наша уверенность, что в далеких галактиках все так же, как у нас?

Итак, выбор не особо велик: либо мы вводим новые частицы, либо пересматриваем сам закон гравитации. Сторонники есть у обоих подходов, хотя желающие изменить закон гравитации все же остаются в меньшинстве. В истории астрономии подобные конфликты уже случались. Давайте подробнее рассмотрим крайне показательный пример с планетами нашей Солнечной системы.

К началу XIX века астрономы узнали о некоторых аномалиях в движении планеты Уран. На тот момент это была наименее изученная планета Солнечной системы. Особенности движения Урана заключаются в том, что реальная орбита планеты не совпадает с вычислениями, опирающимися на закон всемирного тяготения. Можно было начать искать новую планету за пределами Урана, которая бы слегка притягивала его и влияла на траекторию. Или же можно было пересмотреть закон всемирного тяготения. Ведь совсем не факт, что закон, объясняющий движение ближайших к Солнцу планет, будет действовать и на более внушительных расстояниях — там, где находятся Уран и более дальние объекты.

Если всему виной действительно новая планета, значит, ее можно обнаружить. Примерно в 1845 году два астронома независимо друг от друга провели расчеты, показавшие, где могла бы находиться новая планета, влияющая на орбиту Урана. Этими двумя астрономами были француз Урбен Ле-верье и британец Джон Адамс. Последовавшие горячие споры о том, кому именно удалось первому предвычислить существование новой планеты, отчасти объясняются национальной принадлежностью ученых. Тем не менее больший вклад в открытие внесли расчеты француза. Неверье отправил в берлинскую обсерваторию астроному Иоганну Готтфриду Галле письмо с подробными указаниями, где и как искать новую планету. Галле получил письмо 23 сентября 1846 года. В тот же вечер была открыта новая планета в одном градусе от предсказанного Неверье положения. После долгих раздумий планету назвали Нептуном.

Истории планеты Нептун и темной материи очень похожи. Подоплекой были аномалии в движении уже известного небесного тела, и эти движения стали основанием для предсказания чего-то совершенно нового. Пересматривать закон всемирного тяготения не пришлось. Может, и с темной материей все сложится так же? Астрономы заметили аномалии в поведении видимого вещества. Это привело к постулированию нового вида частицы, после чего астрономы рассказали физикам, как такие частицы должны себя вести. Единственная разница, понятное дело, в том, что темную материю еще не открыли. Но и история Левсрье закончилась не на этом.

Оказалось, что не только Уран обращался по несколько странной орбите. То же самое замечали и за ближайшей к Солнцу внутренней планетой — Меркурием. Как и любая другая планета, Меркурий движется вокруг звезды по орбите в виде эллипса. Ближайшая к Солнцу точка орбиты называется перигелием. Особенность Меркурия состоит в том, что его перигелий каждый год немного смещается — совсем незначительно, всего где- то полтора градуса за столетие.

(В инерциальной системе отсчета это смещение составляет 574 в столетие, а не объясненное Ньютоновой теорией смещение составляет всего 43 в столетие.)

Наблюдая за перигелием Меркурия, Леверье понял, что этот эффект не объяснить известными фактами о Солнечной системе и гравитации. Окрыленный успехом с Нептуном, Леверье в 1859 году постулировал существование еще одной новой планеты — Вулкана, якобы находящейся внутри орбиты Меркурия. А то, что Вулкан никто никогда не видел, вполне объяснимо: планета находится настолько близко к Солнцу, что с наступлением темноты ее уже невозможно разглядеть. Больше всего шансов обнаружить Вулкан существует, когда он проходит на фоне Солнца. В этом случае можно заметить темное пятно, пересекающее солнечный диск.

И ведь так все и произошло. Вскоре Леверье получил письмо от французского астронома-любителя, где сообщалось, что тот наблюдал движение характерного темного объекта вдоль солнечного диска. Леверье посетил астронома, убедился во всем лично и в январе 1860 года на заседании Французской академии наук объявил об открытии Вулкана. Однако убедить всех присутствующих ему не удалось. Один бразильский астроном даже утверждал, что в период открытия новой планеты как раз изучал Солнце, но никаких черных пятен на звезде не наблюдал.

В последующие годы Леверье получил немало сообщений от тех, кто утверждал, будто видел Вулкан. Леверье использовал эти сообщения для вычисления следующего пересечения планетой диска Солнца, но его вычисления раз за разом оказывались несостоятельными. Говорят, что до самой своей смерти в 1877 году ученый не сомневался в существовании Вулкана.

Через какое-то время интерес к Вулкану в астрономической среде угас. Но что ни делается — все к лучшему, ведь сегодня мы точно знаем, что Вулкана не существует. Решение этой головоломки нашел Альберт Эйнштейн, опубликовавший в 1915 году окончательный вариант своей «Общей теории относительности». То была новая теория гравитации. Когда речь идет о Солнечной системе, вычисления, основанные на общей теории относительности и старой доброй теории всеобщего тяготения, не сильно разнятся. Но некоторые отклонения все же прослеживаются. К тому же теория Эйнштейна прекрасно справилась с объяснением отклонений в движении Меркурия, и для этого не понадобилось никаких новых планет.

В случае с Вулканом потребовалась не новая составляющая, а новая теория гравитации. Так что если открытие Нептуна — удачный пример внедрения новых элементов во Вселенную,