Нерешённые вопросы космоса¶

Нерешённые вопросы космоса — это совокупность явлений и объектов Вселенной, природа которых не установлена современной наукой, несмотря на значительный прогресс астрофизики и космологии. К ним относят тёмную материю, тёмную энергию, природу чёрных дыр, происхождение жизни и сигналы, которые могут свидетельствовать о внеземном разуме.

¶Тёмная материя

Тёмная материя — гипотетическая форма материи, которая не излучает и не поглощает электромагнитное излучение и обнаруживается только по гравитационному воздействию. Согласно современным моделям, на неё приходится около 27 % массово-энергетической плотности Вселенной, тогда как обычная барионная материя — лишь около 5 %.

Её существование было предсказано в 1930-е годы по наблюдениям за скоростями вращения галактик: звёзды на периферии движутся быстрее, чем предсказывает закон Ньютона для видимой массы. Дополнительным подтверждением служит эффект гравитационного линзирования и реликтовое излучение. Несмотря на это, ни одной частицы тёмной материи не зарегистрировано напрямую — эксперименты вроде российского проекта «Данная» (подземный детектор в Баксанском ущелье Кавказа) продолжают поиск.

¶Тёмная энергия

Тёмная энергия — гипотетическая сущность, объясняющая ускоренное расширение Вселенной, открытое в конце 1990-х годов по наблюдениям за далёкими сверхновыми типа Ia. На неё приходится около 68 % массово-энергетической плотности Вселенной. Природа тёмной энергии неизвестна: предлагаются космологическая постоянная, квинтэссенция и модифицированные теории гравитации, но ни одна не подтверждена.

¶Чёрные дыры

Чёрные дыры — области пространства-времени с гравитацией настолько сильной, что покинуть их пределы не может ничто, включая свет. Их существование следует из общей теории относительности Эйнштейна (1915), а первые кандидаты — Стрелец X-1 и Циганка — обнаружены в 1960-е годы.

В 2015 году детекторы LIGO впервые зарегистрировали гравитационные волны от слияния двух чёрных дыр, а в 2019 году коллаборация Event Horizon Telescope получила первое изображение тени сверхмассивной чёрной дыры в центре галактики M87. Нерешёнными остаются вопросы о том, что происходит внутри горизонта событий, и о парадоксе информации в чёрной дыре.

¶Происхождение жизни

Наблюдения показывают, что молекулярные предшественники жизни — аминокислоты, азотистые основания, вода — обнаружены в метеоритах, кометах и протопланетных дисках. Тем не менее переход от неживой материи к самовоспроизводящимся системам не воспроизведён в лабораторных условиях и остаётся одним из главных открытых вопросов.

В 2020-е годы миссии «Марс-2020» с ровером «Персеверанс» и китайский «Чжунъун» продолжают поиск следов древней жизни на Марсе, включая органические молекулы в породах.

¶Сигналы внеземного происхождения

Поиск внеземного интеллекта (SETI) ведётся с 1960-х годов, когда Фрэнк Дрейк провёл первый эксперимент «Озма». За десятилетия наблюдений зафиксированы единичные аномальные сигналы, но ни один не подтверждён как искусственный. Крупнейшая российская программа — проект «Луч» (Лаборатория поиска внеземных цивилизаций) при Институте радиоинженерии и электроники РАН.

В 2017 году астрономы зафиксировали межзвёздный объект 1I/2017 U1 (ʻОумуамуа), необычный по форме и траектории, что породило гипотезы о его искусственном происхождении, хотя большинство исследователей склоняются к природным объяснениям. В 2020 году астрономы сообщили о повторяющихся радиосигналах из направления Проксимы Центавра, но их природа остаётся дискуссионной.

¶Тёмная материя и космология: открытые вопросы

Помимо природы тёмной материи и тёмной энергии, к числу фундаментальных нерешённых проблем относят:

• Парадокс информации в чёрной дыре — противоречие между квантовой механикой и общей теорией относительности, описанное Хокингом в 1975 году.
• Природа сингулярности — точка бесконечной плотности в начале Вселенной и в центре чёрной дыры, где известные законы физики перестают действовать.
• Антиматерия — почему в наблюдаемой Вселенной антиматерии практически нет, хотя теория предсказывает их равное количество.
• Конечность Вселенной — форма и возможная граница пространства-времени.

¶Интересные факты

• Название «тёмная материя» предложил Фриц Цвикки в 1933 году после наблюдений за скоплением Кома.
• Термин «тёмная энергия» ввёл Майкл Тёрнер в 1998 году.
• В России поиском тёмной материи занимается также проект CDEX и участие в коллаборации XENON.

¶Источники

• Ландау Л. Д., Лившиц Е. М. «Статистическая физика»
• Хокинг С. «Краткая история времени»
• Краткий обзор современной космологии (данные миссии Planck)