Лиза Рэндалл: «Мне нравится искать взаимосвязи»

Звездой минувшего фестиваля «Гик Пикник» стала Лиза Рэндалл, специалист по физике частиц. Первая женщина, получившая штатную должность физика-теоретика в Гарварде и Массачусетском технологическом институте. Важная ученая, притом совсем не важничающая: взяла да снялась в массовке популярнейшего ситкома «Теория Большого взрыва». На научном пикнике Рэндалл рассказала о своей книге «Темная материя и динозавры». Приводим конспект лекции.

ФОТО АВТОРА

— Атомы — это то, из чего сделаны мы и вся «обычная» материя, но так называемой темной материи во Вселенной в пять раз больше. Многим она представляется чем-то очень сложным, на самом деле все просто: это материя, это «что-то», что «кучкуется». Предположительно, вся материя, и темная, появилась в результате космологической инфляции: давно-давно Вселенная очень быстро расширилась, и энергия, заключенная в этом пространстве, из-за такого расширения превратилась в материю, «обычную» и темную.

Называть ее «темная», конечно, не совсем верно: темное мы хоть как-то видим, это то, что поглощает свет, а темная материя вообще никак не взаимодействует со светом. И с чего мы взяли, что она существует? С того, что она оказывает гравитационное влияние. И его-то мы можем наблюдать. Например, если бы существовала только обычная материя, то, учитывая скорость вращения звезд в нашей Галактике Млечный Путь, они должны бы вылететь за ее пределы. Но не вылетают — значит, есть что-то еще.

Если мы довольно уверены в существовании темной материи, то насчет того, какая она, есть разные гипотезы. Согласно одной, например, она состоит из частиц, у которых есть масса, и эта часть темной материи может взаимодействовать с обычной. Сейчас в подземных лабораториях специальными детекторами пытаются уловить момент взаимодействия темной материи с какой-нибудь нашей элементарной частицей.

Но меня-то интересует вопрос: а что, если никакого взаимодействия вообще нет? Может, сквозь каждого из нас постоянно и без всякого отклика пролетают миллиарды частиц темной материи?

Как тогда их найти?

Тут нужно сделать несколько допущений. Например, что темная материя обладает свойствами, сходными со свойствами нашей материи: есть целые галактики из нее, и, может, в этой темной вселенной есть свой темный «свет» — не тот, который мы видим, а особая форма излучения. Наша Галактика — Млечный Путь — как известно, излучая, теряла энергию и приобрела форму диска. Что, если темная материя в нашей Галактике тоже излучала свой темный «свет», тоже теряла энергию и стала дискообразной?

Мы не можем видеть этот диск, но можем видеть последствия его существования. Вообще-то наука так и работает в случаях, когда мы не можем что-то наблюдать: делаем предположение и придумываем эксперимент для его проверки. Например, спутник «Гайа» запущен, чтобы измерить скорость миллиарда звезд, и, получив эти данные, мы сможем делать какие-то выводы о гравитационном воздействии на них и о том, есть ли диск темной материи.

При чем тут динозавры? Ну это совсем уж из области предположений, но все же.

В Солнечной системе восемь планет. Но помимо них — множество объектов, которые тоже вращаются вокруг Солнца: астероиды, кометы и т. д. Есть пояс Койпера, поставщик короткопериодических комет: их период обращения вокруг Солнца менее 200 лет. А есть гипотетическое облако Оорта на самой периферии Солнечной системы, это поставщик долгопериодических комет — тех, что обращаются вокруг Солнца реже, чем раз в 200 лет. Облако так далеко от Солнца, что гравитационное воздействие светила там еле заметно. А это значит, что какому-нибудь объекту в этом облаке достаточно небольшого «пинка», чтобы сойти со своей орбиты и вылететь за пределы системы либо, наоборот, взять направление в нашу сторону.

Известно пять массовых вымираний на Земле. Последнее произошло примерно 66 млн лет назад, тогда исчезли динозавры. Ученые предположили, что вымирание было вызвано столкновением Земли с объектом размером 10 — 15 км. История этого открытия — прекрасный пример сотрудничества экспертов самых разных направлений, которые по крупицам собирали доказательства, притом что только потом был найден собственно кратер — на полуострове Юкатан.

Как это связано с темной материей? Возможно, никак. Но есть вероятность, что упавшее тело — один из объектов в облаке Оорта, потревоженный диском темной материи.

Млечный Путь вращается, Солнечная система вращается вместе с Галактикой и при этом поднимается то выше, то ниже — как лошадки на карусели. Можно предположить, что во время «покачивания», когда Солнечная система проходит через срединную плоскость нашей Галактики, она встречает на пути диск темной материи. И его гравитационное воздействие «выталкивает» один из объектов в облаке Оорта.

Если малые небесные тела падают на Землю постоянно, то падение больших тел возрастает циклами в 30 — 35 млн лет. И происходит это, когда, по расчетам, Солнечная система проходит сквозь гипотетический тонкий диск темной материи.

...Я не уверена, что именно эта взаимосвязь верна. Но уверена, что в науке большой прогресс в изучении темной материи. Поэтому, когда меня спрашивают, почему я занимаюсь таким моделированием, я называю две причины.

Во-первых, мне нравится искать взаимосвязи: это удивительно, что неосязаемая субстанция может влиять на наш осязаемый мир. Во-вторых, моделирование позволяет взглянуть на вещи под новым углом. Если бы мы не смоделировали возможность существования диска темной материи, его бы и не стали искать. Ну вспомните, как вы чего-то не замечали, пока вам кто-то не подсказал, куда смотреть.

Как-то раз я пришла на съемки «Теории Большого взрыва» к друзьям, авторам сценария. А они и говорят: «Не хочешь в массовке поучаствовать?». Мне (видимо, как великой актрисе) дали задание: просто сидеть и выглядеть неприметно. Я, надо полагать, настолько хорошо справилась с этой задачей, что никто из знакомых, смотревших серию, меня не приметил, хотя я была прямо за главным героем. Они не предполагали, что я там есть.

Мораль такая: иногда полезно предположить что-то, чтобы знать, что искать.

Материал опубликован в газете «Санкт-Петербургские ведомости» № 172 (6271) от 18.09.2018 под заголовком «Дело темное».