Pro темную материю

Санкт-Петербург.2019

Автор идеи  
и научный редактор серии 
СЕРГЕЙ ДЕМЕНОК

ёмную материю

П 83
Pro темную материю. 2-е издание. — СПб.: 

Страта, 2019. — 182 с. — (серия «Просто»)

ISBN 978-5-907127-46-3

Почему 22% материи во Вселенной называют темной? 

Потому что ее не видно в традиционном смысле и даже 
в оптическом диапазоне длин волн, как видно обычную, 
светящуюся материю. Темная материя не принимает участия в электромагнитном взаимодействии. При этом она 
однозначно существует.

Еще большую долю, 74%, в составе Вселенной зани
мает темная энергия, предположение о существовании 
которой было высказано после наблюдений за сверхновыми и расширяющейся Вселенной. Свойства этой субстанции оказались очень странными…
По мнению ряда ученых, без темной материи и темной энергии невозможно возникновение и существование самих галактик, звезд в галактиках, звездных систем, 
планет и жизни.
Книга увлекательно рассказывает об истории изучения Вселенной, о великих астрономах, астрофизиках 
и космологах, их попытках узнать или, скорее, рассчитать 
судьбу Вселенной. Одна из таких попыток — недавно 
полученная первая в истории фотография тени черной 
дыры, фундаментальный шаг в научном исследовании 
астрофизиков.

© ООО «Страта», 2019

Все права защищены. Никакая часть настоящей книги не может 
быть воспроизведена или передана в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами, будь то электронные или механические, включая фотокопирование и запись на магнитный носитель, 
а также размещение в Интернете, если на то нет письменного разрешения владельцев.
All rights reserved. No parts of this publication can be reproduced, 
sold or transmitted by any means without permission of the publisher.

УДК 524
ББК 22.6

УДК 524
ББК 22.6
П 83

ISBN 978-5-907127-46-3

Полученное изображение тени черной дыры служит подтверждением того, что горизонт событий действительно существует. Это, в свою очередь, подтверждает правильность общей теории относительности Эйнштейна. 
Значение открытия — превращение математического 
концепта горизонта событий, который обычно является 
написанными на доске формулами, в реальный объект — нечто проверяемое, измеряемое и многократно наблюдаемое.

Лучано Реццола, астрофизик

ВВЕДЕНИЕ

Международная исследовательская группа ЕНТ (Телескоп 
горизонта событий) — это более 200 ученых из Азии, Африки, 
Европы, Северной и Южной Америки, коллаборация создана 
для получения наиболее детальных изображений черных дыр 
путем создания виртуального телескопа размером с земной шар.
EHT объединяет восемь наземных радиотелескопов, расположенных на разных континентах и совместно анализирующих 
информацию, создавая принципиально новый инструмент с более высоким угловым разрешением, чем достигнутое когда-либо 
ранее.
После нескольких лет сбора и анализа информации, в апреле 
2019 года исследователи EHT представили результаты своей работы: первое прямое визуальное изображение сверхмассивной 
черной дыры и ее тени.
Это черная дыра в центре Messier 87, крупнейшей галактики 
в созвездии Девы. Черная дыра массой в 6,5 миллиардов солнечных находится от нас на расстоянии 55 миллионов световых лет.
Так что же на этом снимке?
Идеально круглую черную дыру окружает «огненное кольцо» — устремляющийся в дыру горячий газ, разогретый до невероятных температур.
Газ светится так сильно, что затмевает по яркости несколько 
миллиардов звезд, расположенных в той же галактике, поэтому 
его можно увидеть с Земли.

Сама черная окружность — это область внутри горизонта 
событий, откуда свет вырваться уже не может. Там перестают 
действовать все привычные нам законы физики. До сегодняшнего дня имелись лишь убедительные косвенные доказательства 
существования черных дыр.
На бытовом уровне это можно сравнить с громом и молнией. Мы знаем, что разряд молнии порождает мощную ударную 
волну, которую мы воспринимаем как гром, и одно без другого 
существовать не может.
Однако молния может быть скрыта за толстым слоем облаков 
или высотными зданиями, и тогда мы слышим только удар грома, 
а самой молнии не видим — но можем с уверенностью предположить, что она была. Хотя и не можем полностью исключить 
другие объяснения.
Примерно так же и с черными дырами. Их существование 
было предсказано более общими научными теориями (впервые — еще в конце XVIII века) и с тех пор многократно подтверждено расчетами. Но «вещественных доказательств» у ученых не было — а теперь есть.
Кстати, ровно по такому же принципу физики десятилетиями 
прицельно искали предсказанные ранее гравитационные волны 
и бозон Хиггса. И в итоге, после десятилетий поисков, нашли 
и то и другое.
Уже несколько лет та же команда ученых пытается сфотографировать ближайший к нам подобный объект — сверхмассивную 
черную дыру Sagittarius (Стрелец) A*, находящуюся в центре 
Млечного Пути.
Расстояние до нее от Земли составляет около 26 тысяч световых лет, а масса превышает солнечную примерно в 4,3 млн 
раз — в тысячу с лишним раз меньше, чем черная дыра в скоплении Девы.
Как ни странно, сделать этот снимок намного сложнее, 
чем сфотографировать черную дыру в далекой галактике, поскольку «огненное кольцо» в центре Млечного Пути меньшего 
размера и не такое яркое.

Телескоп горизонта событий

АПРЕЛЬ 2019. 
ВПЕРВЫЕ СФОТОГРАФИРОВАНА  
ЧЕРНАЯ ДЫРА

Увидеть черную дыру нельзя — ни невооруженным глазом, 
ни с помощью аппаратуры.
Ее гравитация так велика, что преодолеть ее не может никакое излучение, доступное современным телескопам — ни радиоволны, ни рентгеновское излучение, ни гамма-лучи, — не говоря 
уже про видимый солнечный свет.
На фотографии не сама черная дыра, а ее «внешняя оболочка» — точка невозврата, также известная как горизонт событий.
В этом месте у лучей еще есть возможность избежать притяжения черной дыры.
Уловить и сфотографировать эти лучи — прошедшие по самому краю горизонта событий, но не поглощенные черной дырой — на протяжении многих лет пытался проект Event Horizon 
Telescope (EHT).

ВОСПРИЯТИЕ ВСЕЛЕННОЙ

С самых древних времен, с тех самых пор как человек стал 
смотреть на небо над головой, он считал (или предполагал), 
что существует только то, что он видит. И еще он пытался объяснить, «как оно туда попало». Он прогуливался под греющим солнцем или лежал на спине, глядя на звезды, и строил 
различные версии. Во всех культурах в той или иной форме 
существуют легенды о борьбе света и тьмы, воды и огня, есть 
многочисленные божества, «ответственные» за небесные светила, или один бог, который создал все сущее, — китов, черепах, слонов, на которых стоит Земля, и даже рептилию туатару, 
участвовавшую в создании мира. Потом человек, естественно, 
задумывался о том, как все это должно закончиться. Что будет? 
Рай, ад или ничего?
В IV веке до н. э. Платон предложил своим ученикам описать движение небесных тел, которые они видели, с помощью 
геометрии. Он не ожидал, что ответы стопроцентно покажут то, 
что фактически происходит в небесах. Это знание было недостижимо: они не могли отправиться на небо и проверить, что там 
происходит. Платон говорил о приближении к знанию, он хотел, 
чтобы его ученики нашли математические способы объяснения 
не фактов, а видимого или кажущегося.
Один из его учеников, Евдокс Книдский (около 408 — около 355 г. до н. э.), математик и астроном, нашел ответ, математическую гипотезу, которая в той или иной форме, в большей 

PRO Темную материю

или меньшей степени «продержалась» две тысячи лет. Евдокс 
представил небеса как ряд концентрических прозрачных сфер 
(вы же помните, что в те времена Земля считалась неподвижной 
и центром Вселенной). По Евдоксу, в некоторых из упомянутых 
сфер находились небесные тела, а другие сферы взаимодействовали с первыми, чтобы ускорить или замедлить их движение. Таким образом объяснялось ускорение или замедление движения 
небесных тел по своим орбитам. И Солнцу, и Луне Евдокс отдал 
по три сферы. Пяти известным тогда планетам — Меркурию, Венере, Марсу, Сатурну и Юпитеру — он дал по дополнительной 
сфере для объяснения редкого изменения направления их движения на фоне звезд (в настоящее время мы объясняем это «ретроградное движение» тем, что при движении Земли и других 
планет вокруг Солнца по своим орбитам Земля иногда обгоняет 
другую планету, или планета обгоняет Землю). Звездам Евдокс 
тоже выделил сферу — сферу неподвижных звезд. В целом получилось 27 сфер.
Аристотель внес изменения в эту систему. Он предположил, 
что сферы являются не математическими конструкциями, а физической реальностью. Получилось 56 сфер — он добавил вращающиеся в противоположных направлениях. 
Около 150 года н. э. греческий астроном Клавдий Птолемей 
упростил систему. В системе Птолемея есть семь светил (Солнце, Луна, пять известных в то время планет) и сфера звезд, которые движутся вокруг неподвижной Земли. Для согласования 
видимой нерегулярности в движении планет с постулатом физики Аристотеля о равномерном круговом движении небесных 
светил Птолемей ввел эпициклы (вспомогательные окружности, по которым движутся планеты в геоцентрической системе 
мира). Таким образом получалось, что наблюдаемое движение 
планеты оказывалось комбинацией нескольких равномерных 
круговых движений. Но все равно математика не могла в точности отразить реальность.
Революцию совершил польский астроном Николай Коперник (1473–1549), которого называют основоположником 
астрономии Нового времени. Астрономией он начал заниматься в Болонье, где проводил наблюдения с 1497 года, в своем 
самом известном сочинении «О вращениях небесных сфер» 
(1543) он перечислил 27 наблюдений. Эту работу иногда 

Восприятие Вселенной

называют синонимом изобретения новой Вселенной. В ней 
Коперник изложил свое главное открытие: гелиоцентрическую 
систему мира, альтернативу общепринятой геоцентрической. 
Коперник считал, что в покое находится не Земля, а Солнце. Коперник также ввел эпициклы для согласования своей системы с данными наблюдений, они усложнили гелиоцентрическую модель, которая все равно оказалась более простой, чем 
геоцентрическая. Трудности возникли из-за того, что планеты 
движутся не по окружностям, а по эллипсам (что в XVII веке 
показал немецкий астроном Иоганн Кеплер), а Коперник стремился сохранить идею равномерного кругового движения светил. Но, несмотря на этот недостаток, работа Коперника стала 
революцией в науке и восстанием против учений церкви, а также 
принесла чрезвычайную пользу развитию астрономии и физики. Не зря его открытие получило название «коперниканской 
революции». 
Упомянутая работа вызвала большие споры как в научных, 
так и богословских кругах. В частности было высказано предложение считать изложенную в книге теорию математической гипотезой, не отвечающей реальности, но облегчающей 

Ущелье между двумя отрогами Млечного Пути. Справа виден хвост созвездия Змия. Слева Дракон извивается вокруг полюса эклиптики. 
Из книги Historia universalis omnium cometarum, 1681

PRO Темную материю

вычисления. Такая точка зрения высказывалась, например, в предисловии к первому изданию книги «О вращениях небесных 
сфер», написанной лютеранским богословом А. Осиандером. 
Математик, астроном и священник-иезуит Христофор 
Клавий (1537–1612) признавал допустимость и пользу гипотезы Коперника, если не считать ее описанием реальности. 
Но в 1616 году комиссия из 11 экспертов-богословов, собранная 
по инициативе кардинала Роберта Белармина, главного инквизитора священной канцелярии, приняла решение о еретичности 
учения о неподвижности Солнца, а учение о движении Земли 
признало не еретичным, но ошибочным. На основании этого 
книга Коперника была включена в «Индекс запрещенных книг» 
и пробыла там до 1828 года, хотя официальный запрет поддерживать учение о движении Земли был снят Папой Бенедиктом 
XIV в 1757 году.
Как и древние, Коперник не предлагал никакую новую Вселенную, причем как «физически», так и философски. Он пытался объяснить существующую, то есть видимую и известную. Но 
истинные движения этой Вселенной и того, что в ней имеется, 
оставалось вне пределов досягаемости. Так было всегда и, похоже, будет в дальнейшем. Мы пытаемся объяснить Вселенную 
и происходящие в ней процессы, имея все больше и больше материала и средств, но не можем это проверить! Такова история 
нашей Вселенной — или, правильнее будет сказать, нашей цивилизации.

Николай Коперник, 
великий польский астроном, 
механик, математик, автор 
гелиоцентрической системы 
мира, положившей начало 
первой научной революции  
(1473–1543)