Конец прекрасной эпохи?

Михаил Вартбург • 28 ноября 2016
Фундаментальная загадка, о которой упоминалось вначале, связана с движением галактик. Эти огромные звездные скопления демонстрируют явные отклонения от законов движения Ньютона.

    Несколько лет назад профессор Мордехай Мильгром из Института имени Вейцмана в Реховоте (Израиль) предложил революционное решение одной из фундаментальнейших загадок космологии. Почти два десятилетия это решение существовало в науке на правах гипотезы — соблазнительной, но сомнительной гипотезы. Многие ученые утверждали, что она несостоятельна. Однако им не удалось опровергнуть ее теоретическим путем. Но вот недавно появились, наконец, такие экспериментальные данные, которые позволили проверить гипотезу Мильгрома на соответствие реальности.

    Впервые это было подмечено в середине 1970-х годов. Поразительная загадка допускала два возможных решения: либо движение исследованных космических объектов действительно не подчиняется закону Ньютона, либо неверны прежние данные о массе галактик.

    Первую возможность астрофизики в подавляющем своем большинстве отбросили как слишком экстравагантную и радикальную. Так называемый консенсус свелся к тому, что масса галактик чрезмерно занижена: на самом деле, должна существовать еще какая-то невидимая (не излучающая свет) часть галактики, и если учесть эту невидимую массу, то общая сила тяготения, действующая на звезды и газовые облака в наружных частях галактики, будет больше, а потому и ускорение этих звезд и облаков тоже будет больше, как и показывают наблюдения.

    Все это вместе казалось тем убедительней, что соответствовало давним, сделанным еще в 1933 году предсказаниям крупного американского астронома Фрица Цвикки. Цвикки первым наблюдал группу галактик, обращающихся друг относительно друга, и оценил, какая сила притяжения должна действовать на каждую из них, чтобы группа не разлеталась. По величине этой силы и наблюдаемым размерам группы он смог вычислить, какая масса содержится в группе. Эта масса оказалась в 20 (!) раз больше массы всех наблюдаемых звезд и газовых облаков во всех галактиках этой группы.

    На этом основании Цвикки заключил, что в каждой галактике должно существовать еще какое-то невидимое (он назвал его «темным») вещество, суммарная масса которого в 20 раз больше массы видимых звезд и газа. Но Цвикки был человеком малоприятным — он всех подозревал в плагиате — и к тому же эксцентричным, например, предлагал окружать обсерватории артиллерийскими батареями и стрельбой из орудий увеличивать прозрачность воздуха. Поэтому тогда эта гипотеза была воспринята как еще одна его безумная идея. 45 лет спустя ее вспомнили, чтобы подкрепить астрофизический консенсус.

    Тут-то впервые и прозвучал одинокий несогласный голос Мильгрома. Из своего израильского далека он известил астрофизическую общественность о своем особом мнении. По мнению Мильгрома, коллеги напрасно отбросили вторую возможность: движение космических объектов действительно не подчиняется закону Ньютона. Мильгром придирчиво исследовал загадку космических ускорений и пришел к выводу, что завышенное ускорение звезд и облаков в наружных частях галактик можно столь же строго объяснить, предположив, что их движение подчиняется не закону Ньютона, а несколько отличному от него, более общему закону, который включает в себя ньютоновскую динамику как частный случай. Для такого объяснения нужно допустить, что на очень больших расстояниях, как, например, от центра галактики до ее наружных слоев или от одной галактики в группе галактик до другой сила тяготения несколько больше, чем предписывает обычный закон Ньютона, а потому и ускорения находящихся на этих расстояниях тел тоже несколько больше.

    В силу этой модификации закона Ньютона гипотеза, или теория профессора Мильгрома и по-русски, и по-английски ныне именуется МОНД, что является сокращением слов «Модифицированная Ньютонова динамика». Она является альтернативной к консенсусу, поскольку позволяет решить загадку космических ускорений, не прибегая к гипотезе темного вещества. По словам Энтони Эджвайра из Института высших исследований в Принстоне (прославленном именами Эйнштейна и Геделя), «это весьма простая и ясная гипотеза, которая отлично согласуется с данными наблюдений и дает замечательные результаты».

    Но с точки зрения большинства физиков, МОНД — весьма сомнительная гипотеза или, как выразился бывший королевский астроном Великобритании, известный астрофизик Мартин Риз, «худшая из возможностей», потому что она не укладывается в эйнштейновскую теорию тяготения, которая включает в себя ньютоновскую динамику в ее классическом виде и которая сегодня подтверждена с высочайшей точностью. Принять МОНД — значит отбросить не только Ньютона, но и Эйнштейна, а это уже слишком большая плата. Как выразился тот же Риз, «к гипотезе Мильгрома можно будет обратиться лишь в том случае, если все поиски темного вещества окажутся бесплодными и все иные возможности будут исключены». Действительно, «худшая из возможностей». Не «бест бай», а «ворст бай». Наихудшая покупка. Бедный Мильгром.

    Если бы дело обстояло так и только так, не о чем было бы рассказывать. Штука, однако, в том, что за все эти годы астрофизикам так и не удалось (как и опасался Риз) обнаружить те объекты (частицы или тела), которые могли бы составлять пресловутое темное вещество. За два десятилетия прежний консенсус распался надвое: появились лагеря сторонников теории «холодного» темного вещества и сторонников теории «горячего» темного вещества, которые, в свою очередь, распались на тех, кто считает темное вещество состоящим из «особых частиц», «холодных массивных объектов», «белых карликов» и т.д., и т.п. Единственным, что еще скрепляет прежнее единство, остается признание всеми самого факта существования темного вещества да еще тот фундаментальный факт, что это вещество ни в каких его видах и разновидностях — в горячих, холодных, особых или массивных — никем и никогда еще не обнаружено. «Факт» его существования есть пока всего лишь следствие гипотезы, принятой всеми для объяснения наблюдаемых космических ускорений.

    Всеми, но не Мильгромом. Его МОНД все это время оставалась на заднем плане, как бы выжидая своего часа. Однако эта теория получила болезненный удар с совершенно неожиданной стороны. Как считают многие, удар почти смертельный. Журнал «Сайенс» даже пошутил по этому поводу: «Кажется, конец света (МОНД — по-французски) действительно наступает». Нанес этот удар не кто иной, как весьма благосклонный к Мильгрому Энтони Эджвайр. Вместе со своими коллегами он провел ряд расчетов, и выводы Эджвайра не оставили никаких сомнений в том, что предсказания МОНД не согласуются с характером движения вещества в скоплениях галактик. «Наши данные резко расходятся с предсказаниями МОНД, — заявил Эджвайр, — поэтому МОНД нельзя считать приемлемой альтернативой темному веществу, во всяком случае в скоплениях галактик».

    Мильгром признал, что противоречие его теории и данных Эджвайра реально. Как пишет «Сайенс», на данный момент ситуация выглядит так, что «МОНД успешно объясняет движение вещества в отдельных галактиках, но проваливается при попытках применить ее к скоплениям галактик». Правда, впереди еще одна проверка — по остаточному излучению, и многие астрофизики уже говорят, что она решит судьбу мильгромовской гипотезы раз и навсегда. Сам Мильгром относится к этой возможности вполне стоически. «Как создатель этой теории, я, конечно, хотел бы, чтобы она произвела революцию, — говорит он. — Будет очень печально, если решением действительно окажется темное вещество. Очень печально, но, тем не менее, терпимо».