Архивното гробище на теоретичните частици
Ако прекарате няколко дни в преглеждане на докладите от детектора LUX-ZEPLIN в Южна Дакота или от италианската подземна лаборатория Gran Sasso, разположена под 1400 метра скален масив за изолиране на космическите лъчи, бързо ще разберете мащаба на проблема. От десетилетия най-скъпата инфраструктура в фундаменталната наука се опитва да улови поне един т.нар. WIMP – слабо взаимодействаща масивна частица. Резултатът до момента е системно и скъпо струващо нищо. Научната общност плати милиарди евро, за да установи какво не е тъмната материя.
Астрономическите факти отдавна отказват да се подчиняват на изчисленията за масата на познатия ни свят. Още през 1930-те години швейцарският астрофизик Фриц Цвики забелязва при измерване на скоростта на галактиките в купа Кома, че за да се държи тази система наедно, там трябва да има около 400 пъти повече маса от тази, която свети през оптичните телескопи. Четири десетилетия по-късно Вера Рубин потвърждава същия парадокс при въртенето на спираловидните галактики. Звездите в периферията на галактическите дискове се движат с почти същата скорост, както тези в близост до центъра. Според класическата небесна механика те би трябвало отдавна да са се разхвърчали в междугалактическото пространство поради липса на достатъчна гравитация.
За да запълнят тази дупка, физиците предположиха съществуването на невидимо хало от маса около всяка галактика. По-късно телескопът „Хъбъл“ и мисията „Планк“ на Европейската космическа агенция предоставиха карти на гравитационното лещиране – явление, при което светлината от далечни обекти се изкривява, преминавайки покрай масивни невиждани концентрации. На хартия всичко съвпада. Имаме карти, имаме координати, имаме математически профил на разпределението. Само че нямаме реален физически обект. Според документите от анализа на космическия микровълнов фон (реликтовата радиация), балансът е категоричен: 26.8% от космоса е тъмна материя. На хартия. На терен няма нито една уловена частица – нито аксион, нито стерилно неутрино, нито първичен черен дупка.
Ускореното разширяване и космологичната криза
С казуса за тъмната енергия ситуацията навлиза в още по-дълбока интелектуална мъгла. До края на 90-те години на миналия век доминираше предположението, че след Големия взрив гравитацията постепенно забавя разширяването на пространството. През 1998 г. обаче две независими групи изследователи, анализиращи свръхнови от тип Ia (използвани като „стандартни свещи“ за измерване на разстояния в дълбокия космос), установиха точно обратното. Вселената не просто се разширява; тя го прави с ускорение.
За да се обясни този феномен, в космологичните уравнения от типа FLRW бе върната т.нар. космологична константа, въведена първоначално и впоследствие отхвърлена от Айнщайн. Беше ѝ дадено звучното търговско име „тъмна енергия“, която според текущите модели заема близо 68.3% от енергийния бюджет на космоса.
Тук обаче настъпва пълното разминаване между квантовата теория на полето и общата теория на относителността. Ако се опитате да изчислите плътността на енергията на вакуума през квантовата механика, получавате стойност, която превишава реално наблюдаемата космологична константа с фактор 10 на степен 120. Това е може би най-драстичното разминаване между теория и експеримент в историята на природните науки.
В опитите си да затворят тази бездна, физиците лавират между няколко хипотези, без нито една да разполага с преки доказателства:
- Константа на самото пространство (вътрешна енергия на вакуума, която не се разрежда при разширяване).
- Скаларно динамично поле, наречено квинтесенция, което променя свойствата си с времето и пространството.
- Пълна неадекватност на Общата теория на относителността при разстояния от порядъка на милиарди светлинни години, налагаща модифицирана гравитация (например MOND теориите).
