Что такое тёмная материя? Объясняем на пальцах

С тёмной материей связана немалая часть вопросов, которые нам поступают от читателей. Вот один весьма типичный вопрос:

Здравствуйте. Не могли бы вы объяснить, что такое тёмная материя, так, чтобы было понятно человеку очень далёкому от физики?

Чтож, мы попробуем. Галактики состоят из звёзд. Звёзды «держятся» друг за друга с помощью гравитации. Кроме того, как мы видим, галактики вращаются.

Мы можем рассчитать гравитационные силы, удерживающие звёзды внутри галактики на основании того, что мы видим.

А также мы можем рассчитать центробежные силы внутри галактики.

 

И получается странная вещь — судя по нашим расчётам гравитации недостаточно, чтобы галактики существовали, как единое целое. С той скоростью вращения, которую мы наблюдаем они должны разваливаться.

Вот только этого не происходит.

Этому может быть две причины: или мы неверно понимаем законы гравитации или в галактиках больше вещества, чем мы можем видеть.

Вероятность того, что мы неправильно понимаем гравитацию крайне мала. В основном потому, что законы гравитации прекрасно работают применительно ко всему остальному. Гораздо более вероятно, что в галактиках больше материи, чем мы видим.

 

Мы называем эту материю тёмной материей.«Тёмной» — потому, что мы не видим её, хотя на мой вкус более подходящим названием было бы «невидимая» или «прозрачная материя».

Пока мы не смогли найти прямых доказательств существования тёмной материи кроме того, что галактики должны распадаться, но этого не происходит. Другим аргументом в пользу идеи тёмной материи является то, что допущение её существования в целом улучшает наши математические модели вселенной.

Мы не будем знать точно существует ли тёмная материя на самом деле до того, как либо мы получим надёжные наблюдаемые доказательства её существования, или пока не будет разработана новая убедительная модифицированная теория гравитации, которая объяснила бы такие аномалии во вращении галактик и тем самым сделала бы идею тёмной материи не нужной.