Пролить свет на темную составляющую

Одна из проблем современной физики – пресловутые черные дыры. Если они существуют – какова их физическая сущность?

В этом отношении сложилась довольно парадоксальная ситуация. Исследователи, наблюдающие дальний космос, время от времени заявляют об обнаружении новых объектов, идентифицируемых если не как черные дыры, то как кандидаты в черные дыры – экзотические порождения звездной эволюции, поглощающие в себя всё и не выпускающие наружу ничего. А исследователи микромира, готовящие к экспериментам на запускаемом в этом году в Женеве сверхмощном ускорителе LHC, не исключают обнаружения в столкновениях внутриядерных частиц при гигантских энергиях эффекта возникновения мини-черных дыр. Впрочем, физики успокаивают: они же «испарятся», не причиняя вреда.

В то же время до сих пор не существует строгих научных доказательств как реального существования черных дыр в астрофизике и космологии, так и возможного их возникновения в физике высоких энергий на ускорителях частиц.

Начало загадке черных дыр было положено в 1916 году, когда немецкий ученый Карл Шварцдшильд, работая с эйнштейновскими уравнениями, ввел понятие гравитационного радиуса.

С течением времени (счет идет на миллиарды лет) вещество звезды вырабатывается в термоядерных реакциях, температура снижается, и звезда начинает за счет собственной гравитации коллапсировать, ужиматься. Если масса сжимающихся звезд не превышает некоторой критической величины, равной приблизительно трем солнечным массам, – они превращаются в компактные и сравнительно холодные (тысячи градусов вместо миллионов) нейтронные звезды, или белые карлики.

В ином случае оставшееся вещество как бы уходит под «гравитационный радиус», а экс-звезда превращается в объект без четкой физической поверхности. Есть лишь условное понятие «горизонт событий», за пределы которого не может вырваться ни единый квант света – только поглощение всего приходящего извне. В общем, черная дыра (название пустил в обиход на одной из конференций в 1967 году недавно скончавшийся в возрасте 96 лет американский теоретик Джон Уилер, работавший с Эйнштейном).

Постепенно доминирующей (но не исключающей и других представлений) стала точка зрения, что из эйнштейновской общей теории относительности (ОТО) следует только такое пространство-время, которое начинается в Большом взрыве и заканчивается в черных дырах. На начало нынешнего века астрофизическим сообществом признаются в качестве кандидатов в черные дыры около двух сотен объектов. И это ничтожно мало по сравнению с их количеством в наблюдаемой Вселенной, которое должно было бы наличествовать по сценарию ОТО. Но сценарий этот не единственный.

Научный руководитель ГНЦ «Институт физики высоких энергий», академик Анатолий Логунов с коллегами уже много лет разрабатывает так называемую Релятивистскую теорию гравитации (РТГ). Главный итог этой работы – создание непротиворечивой физической теории пространства-времени, альтернативной по отношению к ОТО Альберта Эйнштейна. РТГ в отношении эволюции астрофизических объектов исключает появление черных дыр. Что вместо этого?

Возвращаясь к примеру с угасающей звездой достаточной массы, РТГ предполагает (и приводит соответствующие доказательства), что процесс коллапса вовсе не приводит к ее обязательному превращению в черную дыру. Напротив, в РТГ описаны механизмы, благодаря которым возникают и усиливаются эффективные полевые силы отталкивания, которые останавливают процесс сжатия материи. Затем они же обеспечивают начало процесса расширения.

Таким образом, предложен своеобразный «механизм саморегулирования» массивных объектов в гравитационном поле полевой природы. В основе его – интерпретация гравитации как физического поля, обладающего энергией и импульсом.

Изучение и развитие этого механизма может существенно изменить картину представлений о глубинной взаимосвязи материи, пространства и времени в астрофизике и физике высоких энергий.

Вместо общепринятой гипотезы эволюции Вселенной, начинающейся с так называемого Большого взрыва, произошедшего 14 млрд. лет назад, предлагается однородная и изотропная плоская Вселенная, развивающаяся циклически от некоторой максимальной плотности до некоторой минимальной, и наоборот. При этом «расширение Вселенной», этот вполне наблюдаемый эффект, связано не с относительным движением вещества, а с изменением гравитационного поля со временем.

Кроме того, в РТГ делается вывод о том, что во Вселенной должна существовать большая скрытая масса, не сводящаяся к наблюдаемой материи. Этот вывод совпадает с открытиями в радиоастрономии, сделанные в последнее десятилетие, которые подвели ученое сообщество к признанию того, что вся прежняя физика имела дела лишь с малой частью вещества, распределенного во Вселенной. Привычная нам, «барионная» материя, по оценкам, составляет не более 5% вещества Вселенной. Еще 25% массы Вселенной составляют частицы неизвестной пока природы – так называемая темная материя. И остальные 70% Вселенной приходятся на загадочную темную энергию, которую можно интерпретировать как неизвестное пока состояние вещества.

Опубликованные гипотезы сводятся к тому, что темную материю могут составлять еще не открытые тяжелые частицы с массой, на два-три порядка превышающей массу протона. Именно поэтому физики возлагают большие надежды предстоящие эксперименты на LHC, которые могут пролить свет на темные составляющие Вселенной.