А что, если гравитация — королева всего? Женевский университет доказал: тёмная материя не бунтует

Что если во Вселенной действует не только гравитация, но и другая, пока неизвестная сила, скрытая от наших приборов? Эта гипотеза десятилетиями волновала физиков и космологов. Однако команда из Женевского университета провела исследование, результаты которого поставили под сомнение существование так называемой "пятой силы".

Как проверяли законы для тёмной материи

Учёные анализировали движение галактик в так называемых гравитационных колодцах — областях, где пространство-время искривлено массивными объектами. Именно такие эффекты, наблюдаемые через гравитационное линзирование, позволяют "увидеть" тёмную материю, хотя она не испускает света и не взаимодействует с обычным веществом электромагнитно.

Оказалось, что поведение тёмной материи строго соответствует уравнениям Эйлера, описывающим движение частиц в гравитационном поле. Иными словами, она подчиняется тем же законам, что и видимая материя — звёзды, газ, планеты.

"Движение темной материи происходит в полном соответствии с уравнениями Эйлера, то есть, аналогично поведению обычной материи под действием гравитации", — отмечают авторы исследования.

Что такое "пятая сила" и почему её ищут

Современная физика знает четыре фундаментальные силы: гравитацию, электромагнетизм, сильное и слабое ядерные взаимодействия. Но наблюдения некоторых космических структур — например, скорости вращения галактик — не объясняются этими силами в их классическом виде. Отсюда и возникла идея о пятой фундаментальной силе, которая воздействует преимущественно на тёмную материю.

Если бы такая сила существовала, она могла бы объяснить ряд аномалий в поведении галактик и скоплений звёзд. Однако швейцарские физики показали, что никаких признаков её действия в наблюдаемых масштабах не обнаружено.

Таблица: четыре известные силы природы и гипотетическая пятая

Насколько слабой может быть новая сила

Результаты исследования не исключают существования дополнительных взаимодействий. Однако если они есть, их вклад не превышает 7% от силы гравитации. Это значит, что даже при наличии "пятой силы" её влияние на динамику галактик крайне мало и пока не поддаётся надёжному измерению.

"Если таковая сила и существует, то её воздействие не может быть больше 7% от силы гравитации", — уточняют исследователи.

Что будет дальше

Для проверки этих выводов необходимы ещё более точные наблюдения. На помощь учёным уже готовятся прийти обсерватория Веры Рубин (LSST) и Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI). Эти инструменты смогут фиксировать эффекты с чувствительностью до 2% от силы гравитации.

Это даст шанс либо подтвердить наличие новой фундаментальной силы, либо окончательно подтвердить, что гравитация Эйнштейна и законы Ньютона универсальны — даже для загадочной тёмной материи.

А что если "пятая сила" всё же существует?

Если будущие наблюдения всё же обнаружат её следы, это станет революцией в физике. Учёным придётся пересмотреть Стандартную модель, переопределить понятие массы и возможно даже изменить уравнения гравитации. Однако пока доказательства в пользу этой гипотезы отсутствуют.

Плюсы и минусы текущей теории

FAQ

Что такое тёмная материя?
Это невидимая субстанция, составляющая около 85% всей массы Вселенной. Она не излучает и не поглощает свет, но её гравитация влияет на движение галактик.

Можно ли "увидеть" тёмную материю напрямую?
Нет. Её существование фиксируется только по гравитационным эффектам — искривлению света и движениям звёзд.

Что даст LSST и DESI?
LSST будет отслеживать миллиарды галактик, а DESI — измерять спектры их света. Вместе эти инструменты помогут уточнить карту распределения материи и проверить точность гравитационных моделей.

Мифы и правда

• Миф: тёмная материя — это просто нераспознанный газ или пыль.
  Правда: ни одно известное вещество не объясняет её поведение и массу.

• Миф: гравитация Эйнштейна перестаёт работать в космосе.
  Правда: пока все наблюдения подтверждают её универсальность.

• Миф: открытие "пятой силы" разрушит физику.
  Правда: наоборот, оно расширит наши представления о природе Вселенной.

Три любопытных факта

Тёмная материя может составлять до 27% энергии Вселенной, тогда как обычное вещество — всего 5%.

Впервые о её существовании заговорили в 1933 году, наблюдая за движением галактик в скоплении Кома.

Каждый кубический метр нашей Галактики, вероятно, пронизан частицами тёмной материи — но их масса ничтожна.