Темная материя

И.С.Мельник

Научный руководитель: В.В.Коледин  к. ф-м. н.,

доцент кафедры «Гуманитарные и естественно-научные дисциплины»  

ЮУрГУ г.Нижневартовск

ТЕМНАЯ МАТЕРИЯ

Актуальность выбранной мной темы обусловлена в первую очередь ее новизной. Первое упоминание о Темном веществе  датируется 1930-ми годами, однако широкое обсуждение тема вызвала только во второй половине 20 века. К тому же споры о Темном веществе среди ученых не утихают, и  по сей день, так что изучение данной темы представляет непосредственный интерес для науки. Более того оно имеет колоссальную важность в плане понимания нашего мира, понимания вселенной, ее точной истории развития.

Ну, после того как я убедил Вас в важности данной темы, перейдем к сути. Что же такое Темная материя? Каким образом она влияет на нас и зачем ее изучать?

Все мы знаем, что все в мире состоит из вещества. Все вокруг нас – песок, вода, солнце -  и даже мы сами. Вещество в свою очередь делится на молекулы, атомы, а за тем мельчайшие частицы – барионы (нейтроны, протоны, электроны).  Отсюда и название данного вещества – барионное. Однако исследования показывают, что барионная материя составляет всего 4-5% Вселенной [2]. Из чего же состоит остальное? Термин Тёмная материя в астрономии и космологии означает гипотетическую форму материи, существующую во Вселенной наряду с  барионной. Ее основное отличие от обыкновенной в том, что она не испускает электромагнитного излучения и напрямую не взаимодействует с ним, что делает невозможным её прямое наблюдение, не говоря уже о возможности ее увидеть. По всей видимости, ее название обусловлено невозможностью испускать или отражать свет, что делает ее абсолютно невидимой. Возникает вопрос, а существует ли она вообще?

История исследований Темной материи начинается в 30-е годы прошлого столетия с исследований американского астронома Фрица Цвикки, но по-настоящему вопрос встал спустя 40 лет, благодаря американской ученой Вере Рубин.  Она наблюдала за звездами в галактике «Туманность Андромеды» [1]. Со времен Ньютона известно, что в нашей планетарной системе, чем дальше планеты расположены от Солнца, являющегося центром вращения, тем медленнее они вращаются. Такой вывод можно сделать исходя из простых формул. На все небесные тела, движущиеся по орбитам вокруг Солнца, действует сила притяжение. Как видим величина этой силы обратно пропорциональна квадрату расстояния между телами, в частности между Солнцем и вращающимся телом. По 2 закону Ньютона ускорение тела прямо пропорционально действующей силе, а линейная и угловая скорости в свою очередь прямо пропорциональны ускорению. Откуда делаем вывод что тела, расположенные от Солнца дальше, вращаются с меньшей скоростью, за счет меньшего модуля силы притяжения. Данная тенденция полностью сохраняется в Солнечной системе. Однако наблюдая за звездами «Туманности андромеды», Вера Рубен выяснила, что они не меняют свою скорость вращения относительно центра, несмотря на разность расстояний до него. Это наталкивало на мысль, что звезды, более отдаленные от центра, имеют гораздо большую массу, чем предполагается.

Скромная Вера не рискнула спорить с великим Ньютоном и переписывать или модифицировать его законы. Единственным объяснением подобного поведения звезд, то есть их вращения со скоростью, намного превышающей теоретически рассчитанную, она нашла  существование некой скрытой массы, которая создает необходимую гравитацию, для соответствия ньютоновским уравнениям. Эта скрытая масса и получила название Темная материя! Позже эта гипотеза была неоднократно подтверждена на примере других систем и галактик, в которых так же наблюдалось подобное аномальное движение небесных тел. Считается, что Темная материя возникла в момент образования нашей Вселенной, то есть в результате Большого взрыва и играет огромную роль, стягивая галактики своей гравитацией и препятствуя сверхскоростному расширению Вселенной.