Виды материи в современной Вселенной

Какие существуют теории, объясняющие различные виды материи? Как физика элементарных частиц разделяет темную материю и темную энергию? На эти и другие вопросы отвечает доктор физико-математических наук Алексей Старобинский.

Примерно 95% общего энергетического баланса, то есть 95% от общей плотности массы энергии во Вселенной, составляют виды материи, в наземных экспериментах не открытые, и мы их называем «темными». В этом слове нет темного оттенка. Это значит, что с этими видами материи не реагируют фотоны, поэтому мы их не видим в свете. Свет через эти виды материи свободно проходит, поэтому их можно было назвать прозрачными или невидимыми. В наземной физике элементарных частиц это что-то темное мы делим на две части.

Темная материя и темная энергия. Это разделение можно провести двумя способами, и оба они дают один и тот же результат с 10-процентной точностью, что есть наблюдательная погрешность. Первый способ такой: вот мы видим, что видимая материя — протоны, нейтроны, электроны — скучивается, образуются галактики, звезды, планеты. А оказывается, что часть всего темного тоже гравитационно скучивается и движется в гравитационном поле примерно так же, как протоны, нейтроны, электроны. И эту часть называют темной материей. А другая часть гравитационно не скучивается. Ее мы называем темной энергией.

Естественная интерпретация, что темная материя — это слабо взаимодействующие частицы, но, я подчеркиваю, не участвующие в сильном, слабом, электромагнитном взаимодействии. И верхние оценки их сечения взаимодействия с видимой материей примерно на сечении, которое на 20 порядков меньше сечения взаимодействия нуклонов (протонов и нейтронов) друг с другом.

А темная энергия скорее не частица, а такое непрерывное поле. Более того, ее давление отрицательное. Пример отрицательного давления — это растянутая резинка, струна, только в этом случае давление отрицательно вдоль одного измерения — резинки или струны, а здесь оно отрицательно по всем трем направлениям. Более того, это отрицательное давление очень близко, почти равно по модулю и плотности энергии. То есть темная материя, ее тензор энергии импульса очень похож на то, что предложил Эйнштейн более 90 лет тому назад. Это космологическая постоянная Эйнштейна.