"Млечный Путь, XXI век", No 2 (39), 2022

Шимон Давиденко
Темное вещество, Вселенная и мозг

Знаете ли вы, почему Е = mc2? Знаете ли вы, что представляет собой темное вещество, о котором много пишут? Но самое интересное: знаете ли вы, что мозг дан человеку вовсе не для того, чтобы думать? Во всяком случае, так считает Лиза Фельдман, и обо всем перечисленном вы прочитаете в обзоре научных новостей, опубликованных в Интернете, в частности, в журнале Live Science.

Гленн Роцесс

Может быть, темное вещество - это сама ткань космоса?

Самые большие загадки астрофизики связаны с темной энергией и темным веществом, которые (по текущим оценкам) составляют сегодня 68% и 27% нашей Вселенной. Барионная материя, которая включает все вещество вплоть до субатомного уровня, составляет всего 4,9% Вселенной. Проблема в том, что, несмотря на все наши усилия, мы не можем обнаружить ни темную энергию, ни темное вещество. Конечно, это не значит, что их нет - в конце концов, мы можем видеть их влияние на вселенную. Возможно, причина, по которой мы не можем их обнаружить, заключается в том, что наш нынешний уровень технологий все еще слишком примитивен, или мы просто не ищем правильный набор субатомных частиц.

Вот некоторые из доказательств присутствия темного вещества:

Вращение галактик и галактических скоплений

Астрофизики могут оценить количество барионной массы в галактике, хотя для разных типов галактик требуются разные методы измерения. Однако почти все галактики вращаются так быстро, что наблюдаемой массы недостаточно для поддержания их физической структуры. Вместо этого галактики должны выбрасывать звезды, как искры из вертушки. Принято считать, что единственное возможное решение состоит в том, что эти галактики должны быть более массивными, чем кажется визуально, и что дополнительная масса должна быть "темной".

Было высказано предположение, что темное вещество находится в "гало", сразу за внешним краем галактики, что позволяет внешним звездам двигаться по орбите с той же скоростью, что и звезды, близкие к галактическому ядру. Измерения движения звезд в других типах галактик постоянно обнаруживали, что галактики всех типов содержат значительное количество невидимой массы. Кроме того, наблюдения за группами галактик в течение нескольких десятилетий показали, что галактики в группах движутся так быстро, что скопление разлетелось бы на части, если бы не было погружено в большое облако необнаруженной массы.

Однако было показано, что эффекты темного вещества обнаруживаются не во всех галактиках. Международная группа исследователей обнаружила "сверхрассеянную галактику" NGC 1052-DF2, в которой вообще не видно присутствия темной материи.

Космический микроволновый фон

Реликтовое излучение называют "эхом Большого взрыва". Если вы хотите это увидеть, отключите телевизор от кабеля, подключите его к антенне и включите. Большая часть помех, которые вы видите, - это реликтовое излучение, возможно, возникшее 13,8 миллиардов лет назад. Довольно круто, да?

Если бы Большой взрыв разбросал материю одинаково во всех направлениях, то карта реликтового излучения должна была быть более однородной. Именно это и предсказывает стандартная модель Большого взрыва. Однако существование темного вещества накладывает характерный отпечаток на реликтовое излучение, поскольку оно "слипается" в плотные области и способствует гравитационному коллапсу вещества, но на нее не влияет давление фотонов.

Формирование крупномасштабной структуры

Когда исследования, такие как Sloan Sky Survey, наносят на карту расположение галактик во Вселенной, причем самые большие особенности называются крупномасштабными структурами, ученые видят набор паттернов, которые не могли бы произойти только с гравитацией, вызванной обычной материей. Мы знаем, что до реликтового излучения обычная материя не могла эффективно слипаться в плотные объекты из-за колебаний конкурирующих сил гравитации и давления излучения.

Структура, которую мы наблюдаем, гораздо более продвинута в своей эволюции, учитывая количество времени, доступное объектам для гравитационного коллапса после времени реликтового излучения. Присутствие темного вещества позволило областям Вселенной коллапсировать в образования, которые способствовали формированию галактик.

Но что, если есть другое объяснение? Что, если мы просто работаем с неправильной парадигмой? В конце концов, где написано, что все бесчисленные мегапарсеки пустого пространства должны иметь (за неимением лучшего описания) одинаковую плотность?

Давайте сначала посмотрим на гелиопаузу, защитный пузырь частиц и магнитных полей, окружающий нашу Солнечную систему и созданный нашим Солнцем. Что находится за ее пределами? "Удар носовой части", который инстинктивно понял бы любой профессиональный моряк. Этот удар носовой части - граница, и она очень незначительна, но она есть. "Вояджер-2" теперь испытывает влияние межзвездной среды вместо солнечного ветра. Если есть такая граница между Солнечной системой и межзвездной средой, то почему бы не быть также границе между окрестностями нашей галактики и межгалактической средой? Или, если на то пошло, между границей галактических скоплений и пустотой за ними?

Гелиосфера

Гелиопауза, по сути, связана с излучением и солнечным магнитным полем, но что, если это нечто большее? Мы уже знаем, что гравитация "растягивает" пространство-время. Мало того, хотя "Вояджер-2" уже прошел через гелиопаузу, он не достигнет облака Оорта еще 300 лет. Да, есть загвоздка. Насколько мы можем судить, Облако Оорта - это внешняя граница действия гравитации нашего Солнца. Как только "Вояджер-2" выйдет из-под гравитационного влияния Солнца, что тогда? Никто из ныне живущих не может этого знать, но мы знаем, что "Вояджер-2" преодолеет границу. А когда дело доходит до понимания межзвездного пространства, именно граница является одним из ключей к пониманию целого.

Пространство-время не одинаково во всех местах и во времени. Наиболее очевидным признаком являются черные дыры с эффектом линзы Тирринга, более известным как "перетаскивание кадра". Когда массивный объект вращается, он деформируется и "перетаскивает" ткань пространства-времени вокруг себя, эффект, который уподобляют помещению шарика в мед и вращению шарика, причем мед настолько липкий, что имеет тенденцию вращаться вместе с шариком.

Дело в том, что если этот эффект наблюдался на планетарном уровне, то почему он не мог воздействовать на ткань пространства-времени в рамках всего гравитационного поля объекта, независимо от того, генерируется ли это гравитационное поле планетой, звездой, галактикой или скоплением галактик? Да, эффект будет значительно меньше, но он все еще может существовать.

Мы знаем, что пространство-время не одинаково во всех местах и во все времена. Но что насчет ткани самого пространства-времени? Мы не можем это наблюдать. Благодаря эффекту Казимира есть большая вероятность существования так называемой квантовой пены, невероятно маленьких виртуальных частиц планковской длины, которые появляются и исчезают в невообразимо коротком масштабе планковского времени. Но этот процесс (если теория верна) происходит в каждом кубическом миллиметре каждого кубического мегапарсека Вселенной.

Однако уместен вопрос: является ли это вечное шипение виртуальных частиц постоянным и одинаковым во всей Вселенной? Если нет, если эта квантовая пена действительно существует, но не одинакова в каждом кубическом миллиметре Вселенной, то это открывает очень реальную возможность того, что сама ткань пространства состоит из различных консистенций в зависимости от того, находится ли она в Солнечной системе, или в галактике, или в скоплении галактик. Если консистенции не равны, то различные регионы Вселенной вполне можно уподобить нефти и воде, что приводит к геометрии, точно такой же, как описанная выше в Слоановском цифровом обзоре неба.

Предположение может также работать в галактическом масштабе, поскольку, если эта квантовая пена имеет другую консистенцию, то область пространства-времени, содержащая галактику, может сама вращаться вместе с этой галактикой, что объясняет проблему вращения галактики.

Роберт Ли

Темное вещество - реликт из дополнительных измерений?

Массивные гравитоны, возможно, образовались через триллионную долю секунды после Большого взрыва, и их количество достаточно велико, чтобы объяснить темное вещество.

Изображение из Космического шоу Hayden Planetarium Американского музея естественной истории "Темная вселенная" демонстрирует пример того, как всепроникающее темное вещество может преследовать нашу Вселенную. На кадре из детального компьютерного моделирования сложные нити темной материи разбросаны по Вселенной, как паутина, а относительно редкие сгустки знакомой барионной материи окрашены в оранжевый цвет. Эти симуляции хорошо статистически соответствуют астрономическим наблюдениям.

Темное вещество, хотя и довольно странное и в неизвестной форме, больше не считается самым странным источником гравитации во Вселенной. Теперь эта честь принадлежит темной энергии, более единообразному источнику отталкивающей гравитации, которая, кажется, теперь доминирует над расширением всей Вселенной.

Темное вещество, неуловимая субстанция, составляющая большую часть массы Вселенной, может состоять из массивных частиц, называемых гравитонами, которые возникли в первый момент после Большого взрыва. И эти гипотетические частицы могут быть космическими беженцами из дополнительных измерений, предполагает новая теория. Расчеты исследователей показывают, что эти гравитоны могли образоваться в нужных количествах, чтобы объяснить темное вещество, которое можно "увидеть" только через его гравитационное притяжение к обычной материи.

"Массивные гравитоны образуются в результате столкновений обычных частиц в ранней Вселенной. Считалось, что этот процесс слишком редок, чтобы массивные гравитоны могли быть кандидатами в темную материю", - сказал соавтор исследования Джакомо Каччапалья, физик из Лионского университета во Франции. Но в новом исследовании, опубликованном в феврале в журнале Physical Review Letters, Каччапалья вместе с физиками Корейского университета Хайинг Цай и Сын Дж. Ли обнаружили, что в ранней Вселенной было создано достаточное количество этих гравитонов. чтобы объяснить всю темную материю. Исследование показало, что гравитоны, если они существуют, будут иметь массу менее 1 мегаэлектронвольта (МэВ), то есть не более чем в два раза больше массы электрона. Этот уровень массы значительно ниже масштаба, при котором бозон Хиггса генерирует массу обычной материи, что является ключевым моментом для модели, позволяющей объяснить все темное вещество во Вселенной. (Для сравнения, самая легкая известная частица, нейтрино, весит менее 2 электронвольт, а протон весит примерно 940 МэВ)

Команда обнаружила эти гипотетические гравитоны во время поиска свидетельств существования дополнительных измерений, которые, как подозревают некоторые физики, существуют наряду с наблюдаемыми тремя измерениями пространства и четвертым измерением, временем.

Может ли Вселенная иметь больше измерений, чем мы думаем?

Согласно теории, когда гравитация распространяется через дополнительные измерения, она материализуется в нашей Вселенной в виде массивных гравитонов. Но эти частицы будут слабо взаимодействовать с обычным веществом и только через силу тяжести. Это описание похоже на то, что мы знаем о темном веществе. Его гравитационное влияние, например, предотвращает разлетание галактик.

"Основное преимущество массивных гравитонов как частиц темного вещества заключается в том, что они взаимодействуют только гравитационно, поэтому они могут избежать попыток обнаружить их присутствие", - сказал Каччапалья. Напротив, другие предполагаемые кандидаты, такие, как слабо взаимодействующие массивные частицы, аксионы и нейтрино, также могут ощущаться благодаря их очень тонким взаимодействиям с другими силами и полями.

Тот факт, что массивные гравитоны почти не взаимодействуют посредством гравитации с другими частицами и силами во Вселенной, дает еще одно преимущество. "Из-за их очень слабых взаимодействий они распадаются так медленно, что остаются стабильными на протяжении всей жизни Вселенной, - сказал Каччапалья. - По той же причине они медленно образуются во время расширения Вселенной и накапливаются до сегодняшнего дня".

В прошлом физики считали гравитоны маловероятными кандидатами для темного вещества, потому что процессы, которые их создают, чрезвычайно редки. В результате гравитоны будут создаваться гораздо медленнее, чем другие частицы. Но команда обнаружила, что за пикосекунду (триллионную долю секунды) после Большого взрыва было бы создано больше этих гравитонов, чем предполагалось в прошлых теориях. Исследование показало, что этого увеличения было достаточно для массивных гравитонов, чтобы полностью объяснить количество темной материи, которую мы обнаруживаем во Вселенной.

"Улучшение действительно стало шоком, - сказал Каччапалья. - Нам пришлось выполнить множество проверок, чтобы убедиться, что результат был правильным, поскольку это приводит к сдвигу парадигмы в том, как мы рассматриваем массивные гравитоны в качестве потенциальных кандидатов в темную материю".

Поскольку массивные гравитоны формируются ниже энергетического масштаба бозона Хиггса, они свободны от неопределенностей, связанных с более высокими энергетическими масштабами, которые современная физика элементарных частиц не очень хорошо описывает. Новая теория связывает физику, изучаемую на ускорителях частиц, таких, как Большой адронный коллайдер, с физикой гравитации. Это означает, что мощные ускорители частиц, такие как Будущий круговой коллайдер в ЦЕРН, который должен начать работу в 2035 году, могут искать доказательства этих потенциальных частиц темного вещества.

"Вероятно, лучшее, что у нас есть, - это будущие высокоточные коллайдеры частиц", - сказал Каччапалья. "Это то, что мы в настоящее время расследуем".

Ваш мозг - не для размышлений

Так называется статья, опубликованная в газете "New York Times". Написала статью доктор Лиза Фельдман, профессор психологии Северо-восточного университета и автор книги "Семь с половиной уроков о мозге".

Описан вывод о том, что мозг не предназначен для мышления. Этот вывод "может помочь уменьшить ваши тревоги". Удивительный урок? Вы могли бы удивиться этому только в том случае, если бы не заметили, что гении Востока объясняли то же самое более двух тысяч лет. Патанджали начинает свои "Йога-сутры" с предложения: "Йога - это прекращение ума". Его современники, Будда, Лао-Цзы и Махавира и на протяжении веков многие подтверждали эту основную истину тем, кто утверждал это в наше время: Раману Махариши, Гурджиеву, Дж. Кришнамурти и, в ее самом современном выражении, у Ошо.

Представьте профессора математики, написавшего статью в New York Times о том, как он нашел значение функции нуля "удивительным" - более чем через 2000 лет после того, как оно было впервые открыто! Даже небольшое исследование этого математика показало бы, как объясняет Ошо: "Ноль впервые был изобретен в Индии. И он был изобретен не по математическим причинам, а по ведантическим, относящимся к трансцендентному пониманию".

1 "Это то, что Будда называет достижением нуля, ничто. Просто быть, без какой-либо идеи о "я". Это невыразимо, это называется блаженством".

2 Если бы этот математик написал о "удивительном уроке из теории чисел", что "использование нуля может помочь уменьшить ваши опасения по поводу точных вычислений", это, конечно, было бы шуткой.

Через сто лет после Фрейда есть психологи, психиатры и терапевты, а наше внутреннее состояние только ухудшается. 317,6 миллиарда долларов в год тратится в США только на лечение "серьезных психических заболеваний", и это только верхушка айсберга.

А как насчет состояния ума всех остальных людей? Согласно исследованию 2010 года, опубликованному Национальным институтом здравоохранения США, "глобальные прямые и косвенные экономические издержки, связанные с психическими расстройствами, оцениваются в 2,5 триллиона долларов США", причем это число "ожидает удвоения к 2030 году" и "не включает затраты, связанные с психическими расстройствами".

Почему ученые, получившие образование на Западе, так слепы, когда дело касается всего, что касается внутреннего мира человека, того, что Ошо называет "наукой о внутреннем"? Зачем они игнорируют гораздо более глубокие исследования, которые уже были проведены за тысячи лет?

Это тот самый эгоизм, то самое "я", которое так давно описывал Будда? Высокомерие? Невежество? Социальная обусловленность, вызывающая застывшие системы убеждений? Или просто привычка подчиняться тому, во что верили их профессора?

Пример от Ошо: "Один из величайших мыслителей Запада, Декарт, сказал: "Я мыслю, следовательно, существую". Cogito ergo sum. А Декарт - отец современной западной философии. На Востоке наблюдался прямо противоположный опыт. Будда, Нагарджуна, Шанкара, Лао-цзы, Чжуан-цзы будут смеяться, когда услышат изречение Декарта, потому что они говорят: "Я не мыслю, следовательно, существую".

Когда мышление прекращается, только тогда человек узнает, кто он такой. В немыслящем состоянии сознания человек реализует свое бытие - не мышлением, а немыслием. При медитации не думают; это попытка создать состояние не-ума".

"Мышление вторично. Бытие на первом месте. Сначала ты есть, потом думаешь. Если не вы, то кто будет думать? Мышление не может существовать в вакууме. Если кто-то говорит: "Я существую, следовательно, я мыслю", - это правильно. Но сказать: "Я мыслю, следовательно, существую" просто абсурдно".

"Декарт совершенно не знал восточного подхода: наступает момент, когда можно отбросить мышление, а ты все еще существуешь. Вот что происходит в медитации: мышления больше нет, но есть вы.

Итак, мышление произвольно, несущественно; "Я есть" не является существенным. Но это только одно измерение. "Я есть, следовательно, я чувствую" - это другое измерение. "Я есть, следовательно, я люблю", всему предшествует "Я есть". Это чистое существование, эта "естьность" предшествует всему. В медитации не будет мышления. И опыт тех, кто медитировал тысячи лет, нужно сравнивать. Они говорят: "Когда мышление прекращается, тогда я существую", прямо противоположно Декарту, потому что мышление - это нарушение. И когда вы заняты мыслями, вы заняты чем-то объективным, и вы не являетесь объектом. "Когда все мысли исчезли и вы сидите молча, ничего не делая, Восток говорит: "Впервые вы знаете, что вы есть, потому что теперь нет ничего, что могло бы отвлечь ваше сознание. Все ваше сознание находится в центре, в сердце".

Ошо также отмечает: "Медитация - это способ выйти из размышлений. Как только облака мыслей исчезнут и процесс мышления прекратится хотя бы на одно мгновение, у вас появится проблеск вашего существа". Но как объясняет Ошо: "Современная психология не приемлет медитацию, потому что медитация разрушит ее бизнес. Человек медитации не нуждается в психоанализе. Чем глубже идет его медитация, тем более разумным он становится и тем дальше за пределы ума уходит его полет.

Как ясно излагает это Ошо: "Наука должна признать, что она пренебрегала самой важной частью существования: человеческим сознанием. И как только наука начнет двигаться внутрь человека, религии начнут исчезать сами по себе. Они станут бессмысленными. "Когда знание доступно, кто поверит? Когда есть опыт, кто будет читать его в Библии, в Коране? Когда у вас есть еда, , я не думаю, что вы выберете книгу по кулинарии и прочитаете ее. Это вы можете сделать позже, или, возможно, вам не нужно это делать.

"У вас внутри есть секретный ключ, и теперь задача науки - помочь вам его найти. "Моя религия научна. Вот почему у нас нет системы убеждений. У нас есть методы, как и у науки. Мы исследуем сознание нашими методами. "Наши методы называются медитациями. Они абсолютно научны".