Инопланетные цивилизации настолько развиты, что Земля им неинтересна.
Инопланетные цивилизации настолько странны и непознаваемы, что могут быть вокруг нас, и мы этого никогда не заметим.
Последний аргумент уподобляет нас муравьям, пересекающим автостраду. Хотя это все интересные предположения, нет никаких доказательств, что одно из них более вероятно, чем другое. Тот факт, что мы не можем видеть или обнаруживать какие-либо инопланетные цивилизации, заставил меня задуматься о темном веществе.
Рис
Темная материя и галактики, захваченные НАСА.
Темное вещество составляет 85% всей материи во Вселенной. Согласно данным ЦЕРНа, оно не взаимодействует с какой-либо электромагнитной силой, что делает его практически невозможным для наблюдений. Видимое вещество - звезды, планеты и облака межзвездного газа - составляет всего 5% от общей массы Вселенной. Так из чего же состоят остальные 95% Вселенной?
Благодаря чрезвычайно сложной математике и теориям таких людей, как Ньютон и Эйнштейн, мы знаем, что темная материя должна существовать. Это материя оказывает влияние на видимую Галактику, но в значительной степени невидима для нас.
Прелположим, вы встретили идеально сбалансированную шкалу. Вы выполнили уравнения, провели наблюдения и знаете, что эта шкала точна и функциональна. Однако вы не можете видеть другой конец шкалы, вы можете видеть только ближайший к вам конец. Вы кладете на весы гирю весом 5 кг и ждете, когда она идеально уравновесится. Как только это произойдет, вы сможете сделать вывод и с относительной уверенностью утверждать, что на другом конце весов также находится какой-то вес в 5 кг, даже если вы его не видите.
Вот как мы пришли к выводу о вероятном существовании темного вещества.
Мы с трудом понимаем темное вещество из-за ее отказа взаимодействовать с электромагнитными силами. Электромагнитные поля - это то, как мы взаимодействуем с Вселенной почти на всех уровнях. Электромагнетизм отвечает за видимый свет, радиоволны, инфракрасное, ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение. В целом, это составляет большую часть нашей способности наблюдать Вселенную. Без электромагнитного излучения мы в буквальном смысле слепы. Но что, если электромагнетизм - исключение, а не норма? Что, если мы смотрим в ночное небо и видим звезды, но какое-то другое существо, существо из темной материи, смотрит вверх и видит что-то совершенно другое? Что, если наша видимая часть Галактики так же упорно скрывается из поля зрения, как и невидимая часть? Если 85% материи во Вселенной состоит из темного вещества, которое мы не можем обнаружить, возможно, именно там находятся все инопланетные цивилизации. Что, если они нас тоже не видят? Что, если есть инопланетные физики, занимающиеся своими вычислениями во вселенной из темного вещества и ломающие голову над тем, почему 15% их вселенной должны быть невидимы, чтобы математика работала? Это были бы наши 15%. Что, если мы полностью невидимы?
Веселый мысленный эксперимент
Подобная идея разрешает парадокс Ферми. Возможно, существуют сотни инопланетных цивилизаций, но они представляют собой цивилизации из темного вещества, которые не могут или не удосуживаются смотреть на 15% видимой нам материи во Вселенной.
Мне всегда казалось странным, что математика утверждает, что 85% Вселенной в значительной степени необнаружимы для нас. Вместо этого представьте себе вселенную, в основном населенную существами из темного вещества. Могут быть звезды из темной материи, планеты из темной материи и всевозможные странные вещи, которые наш мозг просто не способен придумать. Они могут быть повсюду вокруг нас или сконцентрированы в какой-то части Вселенной, которую мы не очень хорошо видим. Они были бы для нас совершенно невидимы. Мы невидимы для них? Кто может сказать?
Другой способ взглянуть на это - использовать пример теоретической жизни, которая развивается на планете с солнцем, излучающим свет преимущественно в инфракрасном диапазоне. Так же, как люди не могут видеть в инфракрасном спектре, эти существа могут видеть только в инфракрасном диапазоне. Это дало бы им совершенно другой взгляд на мир, и некоторые вещи в нашей жизни, такие как экраны телефонов и неоновые огни, будут иначе отображаться для тех, кто видит только в инфракрасном диапазоне.
Может быть целая темная вселенная с притяжением, которое мы можем обнаружить в нашей Вселенной с помощью наблюдений и математики, но которое не может взаимодействовать с нами. Это может означать, что потенциальные инопланетные существа настолько странны и неестественны, что мы никогда не сможем взаимодействовать.
Вместо того, чтобы придумывать инопланетные миры, наполненные обезьяноподобными существами, мы должны задаться вопросом: не являемся ли мы чем-то вроде странного выброса во Вселенной? Жизнь, которая сумела развиться в части Вселенной, составляющей 15% видимой материи. Идея о том, что Земля - это какой-то странный особняк во Вселенной, где преобладает темная материя, объясняет, почему мы чувствуем себя такими уникальными. Это также объясняет, почему мы не видим никаких других инопланетных цивилизаций. Это во многом объясняет, почему мы не видим никаких доказательств существования какой-либо другой жизни ни в одном из исследуемых нами скалистых видимых миров. Возможно, жизнь просто не развивается во вселенной видимой материи.
Дополнительные измерения Вселенной?
Пол Саттер
Темное вещество может быть еще более странным, чем кто-либо думал, говорят космологи, предполагающие, что это загадочное вещество, на которое приходится более 80% массы Вселенной, может взаимодействовать с самим собой.
"Мы живем в океане темного вещества, но очень мало знаем о том, чем это может быть", - заявил Флип Танедо, доцент кафедры физики и астрономии Калифорнийского университета в Риверсайде.
Все попытки объяснить темное вещество с помощью известной физики терпели неудачу, поэтому Танедо и его сотрудники разрабатывают экзотические модели, которые могут лучше соответствовать наблюдениям. Они спросили: что, если темное вещество взаимодействует само с собой через континуум сил, действующих в пространстве с большим количеством измерений, чем наши обычные три? Это звучит дико, но их модель может лучше объяснить поведение звезд в маленьких галактиках, чем традиционные простые модели темного вещества. Так что стоит попробовать.
Маленькие галактики, большие проблемы
Хотя космологи не знают, что такое темное вещество, им известны некоторые его свойства. Все наблюдения показывают, что темное вещество состоит из частиц нового типа, ранее неизвестных физике. Эти частицы есть в каждой галактике, составляя более 80% массы. Эти частицы не должны сильно взаимодействовать со светом, если вообще могут с ним взаимодействовать (иначе мы бы уже видели это в астрономических наблюдениях). И они не должны очень сильно взаимодействовать с нормальным веществом, если вообще с ним взаимодействуют (иначе мы бы увидели это в экспериментах на коллайдере).
Объединив эти свойства, космологи могут построить сложные компьютерные модели эволюции крупных структур во Вселенной. Эти симуляции обычно соответствуют наблюдениям с одной интересной оговоркой. Упрощенная картина темного вещества предсказывает, что небольшие галактики должны иметь очень высокую плотность темного вещества в своих ядрах (известную космологам как модель "куспида"), но наблюдения вместо этого показывают, что распределение плотности темного вещества относительно плоское, поэтому вещество должно быть равномерно распределенными по маленьким галактикам ("модель ядра"). Эта проблема была занозой в исследованиях темного вещества на протяжении десятилетий.
Успешная модель должна объяснять поведение малых и больших галактик, наряду со всеми другими наблюдениями. Одна такая модель называется самовзаимодействующим темным веществом, и, как следует из названия, предсказывает, что темное вещество иногда взаимодействует само с собой, а это означает, что частицы темного вещества могут иногда отскакивать друг от друга или даже аннигилировать друг с другом. Это самовзаимодействие сглаживает области высокой плотности темного вещества.
Суть проблемы
Проблема решена? Не совсем: модели самовзаимодействующего темного вещества имеют проблемы с сопоставлением с другими наблюдениями, такими, как линзирование галактик (когда гравитация огромного количества материи искажает и усиливает свет от определенных галактик позади наблюдаемой галактики) и рост галактик в ранней Вселенной. Однако эти все еще недостаточно эффективные модели основаны на четырех известных физических взаимодействиях. Электроны взаимодействуют друг с другом посредством электромагнитной силы. Кварки взаимодействуют друг с другом посредством сильного взаимодействия. И так далее.
Но если просто экспортировать известную физику в сферу темного вещества не удается, то, возможно, пришло время взглянуть на совершенно новые силы. Танедо и его сотрудники пытались сделать именно это и описали свою работу в статье, опубликованной в Journal of High Energy Physics. Их новая модель значительно расширяет возможные модели взаимодействующего темного вещества, позволяя вступить в игру неизвестным силам.
"Цель моей исследовательской программы - расширить идею разговора "темной материи с темными силами, - сказал Танедо. - За последнее десятилетие физики пришли к пониманию того, что управлять взаимодействием темного вещества могут скрытые силы. Они могут полностью переписать правила того, как следует искать темное вещество".
Подход Танедо включает в себя две удивительные особенности. Во-первых, вместо единой силы, которая связывает частицы темного вещества, модель включает бесконечный спектр новых сил, "работающих" вместе. Во-вторых, для модели требуется дополнительное измерение Вселенной, то есть четырехмерное пространство.
Мышление вне Вселенной
Бесконечный спектр сил, каждая из которых представлена новой частицей с разной массой, обеспечивает большую гибкость при построении теории взаимодействия частиц темной материи. И хотя в мире повседневной физики нет аналога такой теории, астрофизики уже знают, что темное вещество не обязательно действует по обычным правилам.