Астрономічні та астрофізичні спостереження останніх 50-ти років свідчать, що на великих, космологічних масштабах діють гравітаційні ефекти, які перевищують наші знання і теоретичні можливості.
Низку вимірювань і навіть астрономічних об'єктів неможливо пояснити за допомогою традиційної фізики. За умови, що ми маємо справу виключно з матерією, яку ми можемо бачити, сприймати на доступних електромагнітних приладах.
Така матерія, наприклад, зірки, хмари пилу і газу, яких насправді у багато разів більше, ніж ми бачимо, виявляються або за допомогою світла, або в ІЧ-діапазоні, нерідко за допомогою тих самих газу і пилу.
Тож, якщо існує більша кількість "речовини", ніж прогнозують теорії, то це має бути "речовина", яка не випускає контактів з видимим (або ніяким) світлом. Саме така речовина, матерія, називається "темною". Однак відразу ж зазначимо: фізики дуже невиразно кажуть, що означає "речовина, яка не відбиває світла". За визначенням матерія - це ж щось, доступне в "електромагнітному" діапазоні.
У всякому разі, спочатку фізики припускали, що вони мають справу з "недоступною" речовиною. Тобто матерією, яка занадто холодна, щоб випромінювати навіть інфрачервоне світло.
Нічого надприродного, - адже зірок середнього розміру набагато більше, ніж великих гігантів. А карликові об'єкти взагалі домінують у Всесвіті.
Можливо, існує ще більше "зірок", які занадто малі, щоб випромінювати світло (коричневі карлики, планети-ізгої тощо), і саме в них сконцентрована основна космічна маса.
Теоретично подібний матеріал має утворити свого роду "ореол" навколо галактики, подібно до того, як комети гіпотетичної хмари Оорта утворюють ореол навколо Сонячної системи.
Однак спроби знайти всі ці "предмети" не увінчалися успіхом. Тому низка фізиків припускають, що, можливо, існує якийсь новий матеріал, масивні частинки, які не взаємодіють зі світлом. У звичайній химерній манері фізиків і астрономів вони описали ці два конкуруючі варіанти як MAssive Compact Halo Objects (MACHOs) vs Weakly Interacting Massive Particles (WIMPs).
Але зараз MACHO значною мірою не в фаворі, тому що в міру подальшого вивчення ми знаходимо інші феномени, які потребують відсутньої маси. Якраз вони дуже переконливо показують, що якою б не була відсутня маса, вона повинна задовольняти двом умовам:
бути набагато більшою, ніж спочатку передбачалося (набагато більша частина матерії у Всесвіті) і
не складається з протонів, нейтронів тощо. Отже... що тоді? Якщо це не MACHO, тоді це WIMPs?
Зверніть увагу, що слово "темний" змістилося. WIMPs і подібні речі не визнаються "темними", тому що вони не випромінюють світло. Але вони будуть "темними", тому що вони взагалі не взаємодіють зі світлом. Тобто вони "невидимі", а не "темні". Але назва прижилася, і, можливо, не дуже вдало.
Наразі припускають досить багато кандидатів у WIMP: будь-яка теоретична частинка, яка не має заряду (і, отже, не взаємодіє електромагнітно), підійде для цієї мети, якщо у всесвіті є спосіб створити достатню її кількість.
Такими частинками не можуть бути баріони, але це може бути якийсь новий бозон (наприклад, аксіон), новий лептон, наприклад, стерильне нейтрино (яке не взаємодіє у звичному сенсі слова). Або одна чи кілька масивних частинок, які, згідно з суперсиметричними моделями, мають нібито існувати.
А, можливо, є дивна струна? Або? Проблема в тому, що ми ще не бачили прямих доказів будь-чого з широкого списку теоретичних можливостей, хоча вченим здається, що вони "повинні були бути".
Потиснути плечима? Якщо "невидимі" частинки існують, рано чи пізно ми повинні їх знайти. Багато дослідницьких груп будують запаморочливо дорогі детектори для різних кандидатів... і жодна з них, гігантських лабораторій, не спрацьовує.
Утім, якби спрацював навіть крихітний прилад, віддача була б величезною. Експериментальна фізична лотерея! За однієї умови: теоретичні частинки все ж таки існують, а не є предметом витончених математичних спекуляцій.
Може, ми маємо справу з чимось екзотичним? Теоретично чорні діри могли б допомогти, але вони мають залишати сліди. Але... ми перебуваємо "ззовні", а тому нічого не знаходимо. Світло ж не може вирватися назовні! Тож усі припущення здаються малоймовірними...
Або, можливо, думають деякі фізики, ми помиляємося в більш фундаментальних речах, і наше розуміння гравітації помилкове. Ці люди, будучи обмежені академічними і кафедральними зобов'язаннями, говорять лише від свого імені, напівпідпільно вибудовуючи власні теорії.
У цьому сенсі єдиний виняток - модифікована ньютонівська динаміка (MOND), але і вона, здається, зазнала невдачі. З кількох причин.
По-перше, подібного роду теорії зазвичай розкривають один аспект загадки, на більш абстрактне пояснення їх "не вистачає".
Так, можна інтерпретувати криві обертання галактик, але не структуру космічного мікрофона.
Крім того, всі вони порушують жорстку структуру загальної теорії відносності, яка, як виявилося, доказова лише в "галактичних" межах. Однак. Не факт, що теорія відносності Ейнштейна "права" у всіх випадках. Так, ми не бачили особливих протиріч, хоча постійно дивимося з близької, за космічними масштабами, відстані.
І ставимося до ЗТВ як до чогось релігійного: аргументація більшості професорів зводиться до того, що теорія модифікованої гравітації суперечить теорії відносності Ейнштейна, а тому не здатна бути "істиною".
Але хто сказав, що теорія Ейнштейна - істина останньої інстанції? Не сперечаємося, просто для довідки: ЗТВ досі перебуває на стадії гіпотези, що доводиться експериментально. І підтвердити її правоту, як і MOND, неможливо в принципі. Якщо, знову-таки, ми говоримо про космологічні масштаби.
І все ж таки. Зараз більшість фізиків, імовірно, сказали б, що MOND здається малоймовірним сценарієм, що існує якийсь додатковий матеріал, темна матерія, і вона, імовірно, складається з того, що ми ще не розуміємо. Або це WIMPs, або щось дійсно щось екзотичне. Ніхто не знає.
У підсумку: ми не знаємо, що таке темна матерія. І, що дивно для деяких обивателів, більшість фізиків цілком спокійно кажуть: "Ми теж не знаємо!".
Такий ось веселий і захопливий виклик, і ніхто (зі справжніх фізиків) не відчуває необхідності створювати екстремальні або спеціальні теорії для екстраординарного пояснення.
Безглуздо.