Из каких частиц состоит темная материя пока неиз- вестно. Ясно, что эти частицы не должны распа- даться на другие, более легкие, иначе они бы рас- пались за время существования Вселенной. Сам этот факт свидетельствует о том, что в природе действует новый, не открытый пока закон сохра- нения, запрещающий этим частицам распадаться. (Аналогия - закон сохранения электрического за- ряда. Электрон имеет электрический заряд, и поэ- тому он не распадается на более легкие частицы: нейтрино и фотоны). Ясно также, что частицы темной материи очень слабо взаимодействуют с нашим веществом, иначе они были бы уже обна- ружены в земных экспериментах.

Предложено несколько гипотез. Наиболее правдо- подобная из них предполагает, что частицы тем- ной материи – пока еще не обнаруженные экспе- риментально слабовзаимодействующие массив- ные частицы, получившие название WIMP (Weak- ly Interacting Massive Particle); другое название: нейтралино . Эти частицы электрически нейт- ральны и не участвуют в сильных взаимодейст- виях (небарионная темная материя). Их масса ориентировочно оценивается в диапазоне от нескольких сотен ГэВ до 1 ТэВ, поэтому вполне возможно их обнаружение на LHC (Большом ад-

ронном коллайдере).

ТЕМНАЯ ЭНЕРГИЯ

Как было установлено в конце XX в. по наблюдениям далеких сверхновых звезд, Вселенная расширяется с ускорением. Причиной этого считается «темная энер- гия», которая как бы «расталкивает» ве- щество. Правильнее ее было бы назвать невидимой энергией, это название отра- жало бы тот факт, что она пока недоступ- на для наблюдений никакими способами, кроме исследования истории космологи- ческого расширения Вселенной.

Физическая природа темной энергии неизвестна, и ее изучение стало одной из главных задач со- временной физики. Международная группа уче- ных под руководством А.А.Вихлинина (Институт космических исследований РАН, Гарвард-Смит- сонианский астрофизический центр, США), в ко- торую входят сотрудники ИКИ РАН и других на- учных организаций Европы и США, недавно опу- бликовала результаты исследований природы темной энергии по темпу роста крупномасштаб- ной структуры Вселенной. Основу работы соста- вило изучение распределения массивных скоп- лений галактик в пространстве.

Сегодня с очень большой вероятностью можно предполагать, что темная энергия - это энергия вакуума. В классической фи- зике вакуум - это мир без частиц, "пустое место".

В квантовой физике понятие вакуума явля- ется более сложным. Согласно соотноше- ниям неопределенности, даже в пустых областях пространства энергия и импульс флуктуируют, причем тем сильнее, чем меньше размеры области и короче проме- жутки времени.

Например, применительно к электромаг- нитным волнам, соотношение неопреде- ленностей утверждает, что амплитуда волны и скорость изменения амплитуды связаны тем же самым отношением обратной пропорциональности, которое выполняется для координаты частицы и ее скорости. Чем точнее указана амплитуда, тем менее точно мы знаем скорость, с которой она изменяется.

Когда мы говорим, что область в простран- стве является пустой, мы считаем, что поле имеют нулевую интенсивность, т.е. амплитуды всех волн, проходящих через данную область, в точности равны нулю. Однако если амплитуды точно известны, то, согласно соотношению неопределен- ностей, это означает, что скорость изме- нения амплитуды является совершенно неопределенной и может принимать любое значение. Поэтому в следующий момент времени амплитуда в данной области уже не может быть нулевой.

Квантовая неопределенность предполагает, что энергия поля (даже в пустой области пространст- ва) флуктуирует, причем амплитуда флуктуаций увеличивается по мере уменьшения расстояний и промежутков времени, в которых наблюдается процесс. Согласно формуле E = mc2 энергия, зак- люченная в таких кратковременных флуктуациях, может быть преобразована в массу путем мгно- венного образования пары, состоящей из частицы и соответствующей античастицы, которые затем быстро аннигилируют, чтобы сохранить средний баланс энергии.

То же самое относится и к другим физи- ческим полям, поэтому вакуум во Все- ленной представляет собой комбина- цию большого числа взаимно связан- ных полей: электромагнитного, гравита- ционного, кварк-глюонного, хиггсовского и, возможно, других, еще не открытых полей.

Несовместимость Стандартной модели с общей теорией относительности

Еще один, возможно, главный недостаток Стандартной модели заключается в том, что фундаментальные частицы считаются в ней точечными. Из-за этого мы должны рассматривать их взаимодействия на про- извольно малых расстояниях. Но, соглас- но соотношениям неопределенностей, при Δx → 0 флуктуации импульса и энергии становятся настолько большими, что теря- ют физический смысл.