Существует ли пятая сила природы?

Стандартная модель — это, по большому счету, высшее достижение современной физики. Она описывает четыре силы природы, зоопарк частиц и то, как все они взаимодействуют. Возможно, это самая успешная научная теория всех времен.

И она фантастически неполна.

Оказывается, Стандартная модель способна учесть менее 5 % всей материи и энергии в космосе. Еще 25 % или около того — это Темная материя, неизвестный вид материи, который, по сути, является невидимым.

Остальное известно как темная энергия — загадочная сущность, которая вызывает ускоренное расширение Вселенной.

Одним из первых, что заметили астрономы, когда впервые обнаружили темную материю и темную энергию, было их очевидное сходство. Почему же две темные составляющие нашей Вселенной имеют примерно одинаковую силу? Я знаю, 25% и 70% звучат не очень похоже, но когда речь заходит об астрономии — и особенно космологии — это практически одно и то же число.

Может быть, это просто совпадение, что они имеют примерно одинаковую силу, и мы слишком много думаем об этом.

А может, дело в чем-то другом. Умные физики предложили связи в «темном секторе» Вселенной, где темная материя и темная энергия общаются друг с другом.

Это позволило бы им следить за эволюцией друг друга, обеспечивая примерно равный вклад в энергетический бюджет Вселенной в течение длительных периодов времени.

Чтобы заставить их разговаривать друг с другом, нужна сила. Но эта сила не может быть ни одной из известных, иначе темная материя и/или темная энергия тоже должны взаимодействовать с обычной материей, и мы бы уже видели более прямые доказательства их существования.

Значит, это должна быть новая сила, пятая сила природы, совершенно отличная от электромагнетизма, гравитации, сильного и слабого ядерного воздействия. Пока подобные идеи остаются лишь в области гипотез, у некоторых из них уже есть названия.

Одно из названий — квинтэссенция, пятая сущность Вселенной. Другое — темные фотоны, частицы, которые путешествуют по космосу подобно фотонам, но, как следует из названия, являются темными.

Чтобы проверить эти идеи, мы должны обратиться за ответами к космосу. Если пятая сила существует, она должна быть очень тонкой. Более сильные проявления пятой силы уже были исключены наблюдениями за скоплениями галактик, расширением Вселенной и даже поведением нейтронных звезд.

Так что у нас есть над чем поработать — потребуется действительно огромный объем данных, чтобы выявить какой-то сигнал, отличающийся от ожидаемого.

Поиск пятой силы природы представляет собой величайший научный вызов нашего времени. Учитывая, что темная материя и темная энергия составляют подавляющее большинство нашей Вселенной, понимание их природы может стать ключом к распутыванию множества тайн, связанных с формированием, структурой и будущим космоса.

Исследования в этой области требуют применения как теоретических, так и экспериментальных подходов. Одним из самых многообещающих направлений является использование современного телескопа, который может обнаружить взаимодействия на больших масштабах. Например, обсерватории, фиксирующие гравитационные волны, могут предоставить предельно точные данные о том, как темная материя и темная энергия влияют на динамику галактик и скоплений галактик.

Однако не стоит забывать и о лабораторных экспериментах. Современные физические коллайдеры, такие как Большой адронный коллайдер (БАК), могут воссоздавать условия, теоретически схожие с теми, что были в первые моменты после Большого взрыва. Там также возможно обнаружить более тонкие сигналы, которые могли бы указать на существование новой силы или частиц.

С другой стороны, теоретические модели, такие как квинтэссенция, требуют сложной математической обработки и дальнейших расчетов, чтобы узнать, как именно эти теории могут привести к наблюдаемым эффектам. Исследователи могут применять численные симуляции и моделирование для тестирования различных гипотез, основанных на квантовой механике и общей теории относительности.

На ближайшие годы запланированы множество амбициозных проектов, направленных на исследование темной материи и темной энергии. Проекты, такие как «Космический телескоп Джеймс Уэбб» и «Euclid», запланированный Европейским космическим агентством, должны предоставить важные данные о расширении Вселенной и его сутевом содержимом. Они смогут сделать более точные измерения и помочь физикам понять, как связаны темная материя и темная энергия.

Параллельно с этим ведутся работы по популяризации науки и повышению осведомленности общественности о значимости этих исследований. Вселенная, полная загадок, ждет своих исследователей, и, возможно, именно в ближайшее время мы сможем открыть нечто, что преобразит наше понимание природы, глубже погрузив нас в само существование.

Исследуя невидимую сторону Вселенной, мы приближаемся к ответам на самые волнующие вопросы о том, что она из себя представляет, и какое место мы занимем в этом бескрайнем космосе. Пятая сила природы может оказаться связующим звеном, которое откроет нам новые горизонты знания и понимания. Время покажет, дают ли наши усилия плоды, и мы, наконец, найдем ключ к разгадке величайших тайн Вселенной.