Сознание и физическая реальность. Т.3. ? 6. 1998. С. 24-35

Первые данные, свидетельствующие о наличии во Вселенной огромных масс вещества, не наблюдаемого астрономическими инструментами, опубликованы в 1933 г. [1]. Было обнаружено, что галактики в скоплениях движутся так, как будто масса, формирующая гравитационное поле, значительно превосходит сумму масс всех входящих в скопление отдельных галактик. Этот результат был малоизвестным парадоксом до тех пор, пока не были накоплены данные о скоростях движений различных объектов, вращающихся за пределами звездных дисков галактик. Зависимость скорости движения объектов от расстояния до центра галактик (см.рис.1) удается непротиворечиво объяснить только наличием в галактиках рассеянного вещества, масса которого во много раз превосходит определенную астрономами суммарную массу звезд и газопылевых образований [2]. Не является исключением и Галактика, в которой находится Солнечная система. Это вещество получило название скрытая масса или темная (скрытая) материя.

В соответствии с законами небесной механики, объекты могут быть связаны гравитационным полем лишь тогда, когда скорости их движения лежат в определенном диапазоне. Нет оснований преджполагать, что объекты, формирующие скрытую материю, не подчиняются этим же законам. Обладающие гигантскими массами черные дыры и легчайшие нейтрино могут входить в состав скрытой массы Галактики лишь при условии, что скорости их движения относительно центра масс не отличаются от скоростей движения звезд, газопылевых образований и других 'нескрытых' объектов (несколько сотен км/с).

Рис.1. Зависимость скорости вращения (км/с) объектов галактики NGC 2998 от расстояния до ее центра (килопарсек) по астрономически наблюдениям [2] (1) и расчетная скорость, учитывающая гравитацию только наблюдаемых объектов (2). Сильное различие такого расчета и результатов измерений свидетельствует о наличии в галактике огромных масс невидимого вещества.

Анализ движения частиц в гравитационных полях [10] показывает, что галактические частицы приходят, в основном, из дуги галактического экватора от 25 до 155 градусов галактической долготы. Вращение Земли приводит к тому, что для земного наблюдателя плотность потока галактической компоненты меняется с ритмом звездных суток. Частицы, принадлежащие Солнечной системе, приходят преимущественно из области, близкой к эклиптике, на расстоянии от Солнца от 36 до 144 градусов. Для частиц, связанных с Солнцем, характерен солнечносуточный ритм изменения потока. Частицы системы Земли не имеют четкой направленности движения. Для вариаций плотности потока этой компоненты характерен лунносуточный ритм, а также ритмы, связанные с изменениями гравитационного поля в системе Земля-Луна-Солнце, главный из которых имеет период, равный синодическому лунному месяцу Тс=29,5 суток. Кроме того, должны наблюдаться ритмы с периодами (n/m)Тс, где n и m - небольшие целые числа. Таким образом, изменения плотности потока частиц системы Земли имеют сложный ритмический характер с преобладанием периодов около 7, 10, 15, 20, 22, 30, 36, 39, 44 суток. Должны также проявляться ритмы, связанные с изменением положения перигея Луны, изменением положения линии узлов и т.п.

Итак, 'освещенность' Земли потоками скрытой материи ритмически изменяется. Но помимо относительно плавных изменений, связанных с вращением Земли и изменением относительного положения Земли, Луны, Солнца и планет, для потоков скрытой материи характерны сильные кратковременные всплески, связанные с гравитационной фокусировкой звездами и другими астрономическими объектами.

Рассмотрим простейший случай гравитационой фокусировки, когда поток агента (любого: элементарных частиц, электромагнитного излучения, метеоров), имеющего скорость v, двигаясь к наблюдателю, встречает на своем пути неподвижный астрономический объект, например, звезду (рис.3). Часть потока, попадающая непосредственно в звезду, 'выходит из игры' и достигнуть наблюдателя не может. Часть потока, проходящая достаточно близко к звезде, в результате ее гравитационного притяжения сильно меняет направление своего движения и тоже 'уходит' от наблюдателя. Но когда агент проходит на расстоянии от центра звезды p=(2GMF)^1/2/v (G - гравитационная постоянная, M - масса объекта, F - расстояние между объектом и наблюдателем.), изгиб траекторий в гравитационном поле звезды таков, что агент 'попадает' точно в наблюдателя. Величина p для света, фокусируемого близкими к Солнцу звездами - порядка радиуса Земной орбиты, а для агента, движущегося со скоростью несколько сотен км/с, превышает размер Солнечной системы. Поток, пересекающий в районе звезды кольцо с гигантским радиусом p, 'схлопывается' в точке наблюдения, в результате чего его плотность резко возрастает.

Кольцо наблюдается тогда, когда движение звезды относительно наблюдателя не имеет тангенциальной составляющей v_t. При наличии такой составляющей наблюдаются два источника, направления на которые отличаются от направления на звезду в момент прохождения мимо нее потока на углы

j₁ = [v_t - (v_t² + 8GM/F)^1/2] /2v, j₂ = [v_t + (v_t² + 8GM/F)^1/2] /2v.

Так как для звезд выполняется условие 8GM/F<<v_t², j₁ ' 0 и j₂ ' v_t /v.

Итак, поток агента, прошедшего около движущейся звезды, воспринимается приходящим из двух направлений. Одно из них близко к направлению на звезду в момент прохождения мимо нее агента, т.е. много тысячелетий назад. Это направление сильно, до нескольких градусов, отличается от 'оптического'. Второе же направление, независимо от скорости агента, близко к направлению на звезду в момент наблюдения. Свойства гравитационной линзы таковы, что траектории получают нужный для 'попадания' в наблюдателя изгиб именно в той области пространства, где будет находиться звезда, когда агент достигнет наблюдателя [33].

Рассмотрим теперь Солнце как гравитационную линзу. Гравитационная фокусировка света Солнцем на Землю невозможна: лучи света, даже если они проходят у самой поверхности Солнца, 'схлопываются' далеко за пределами Солнечной системы. А вот если агент имеет скорость в десятки-сотни км/с, гравитационная фокусировка на Землю происходит. Для Солнца условие 8GM/F << v_t² не выполняется, и направления прихода агента не совпадают ни с 'прошлым', ни с 'истинным' положениями. Из-за того, что Солнце расположено близко к Земле, поток, усиленный Солнцем, сильно 'размазан' по углам [10]. 'Пятно' сфокусированных галактических частиц (скорость от 200 до 600-700 км/с) имеет радиус около 10^O и на несколько градусов отстает от Солнца при его движении по эклиптике; коэффициент усиления - порядка 10⁴. Дальше от Солнца вдоль эклиптики на расстоянии от 35^O до 145^O, расположено 'пятно' частиц, движущихся по орбитам в Солнечной системе, скорости встречи которых с поверхностью Земли, в основном, лежат в пределах от 32 до 53 км/с.

Рис.4. Изменение коэффициента усиления K потока частиц, имеющих скорость 500 км/с, при сближении Солнца с 'источником' потока [10]. Минимальное угловое расстояние между направлением на 'источник' и на центр Солнца 12 минут. a - первичный 'источник', b - возникающий и исчезающий 'источник'.

Инструмент, дающий изображение в потоках частиц скрытой материи, показал бы следующую картину. В некоторый момент времени источник потока начинает двигаться с возрастающей скоростью вдоль эклиптики по ходу Солнца; позже траектория начинает изгибаться. В это же время на угловом расстоянии около 10^O появляется второй источник потока, вначале слабый, а потом сравнимый по величине с первым. Через 1-2 недели оба источника занимают положение, симметричное плоскости эклиптики. Скорость их движения возрастает до нескольких градусов в сутки, а 'яркость' многократно увеличивается. Продолжительность 'вспышки' - от часа до суток. Чем ярче 'вспышки', тем они короче. После этого источники описывают траектории, симметричные траекториям до 'вспышки', первый источник возвращается в исходное положение, а второй 'гаснет'. Эту картину следует дополнить замечанием о том, что оптически видимое изображение Солнца из-за движения Земли по орбите сдвинуто относительно Солнца, производящего описанные эффекты, на угол около 5^O в сторону его движения по эклиптике.

НАБЛЮДЕНИЯ ЗВЕЗД ПО МЕТОДИКЕ Н.А.КОЗЫРЕВА

Приход сигнала от астрономического объекта в направлении, близком к его положению в момент наблюдения, заманчиво трактовать как свидетельство сверхсветовой скорости (или даже мгновенности распространения) переносящего информацию агента. Но если регистрируется не излученный агент, а гравитационно сфокусированный, сигнал приходит из этого направления даже при скорости агента, много меньшей скорости света. В связи с этим, возникает возможность объяснения результатов, полученных Н.А.Козыревым [12], не предполагая, что агент движется со сверхсветовой скоростью [33].

Козырев утверждал, что при наблюдении окрестностей ряда астрономических объектов сигналы возникали при трех направлениях телескопа. Первое направление, с учетом поправки на преломление света в атмосфере, соответствовало положению объекта в момент испускания дошедшего до наблюдателя света (сигнал 'из прошлого'). Второе направление соответствовало 'истинному' положению объекта, его положению в момент наблюдения (сигнал 'из настоящего'). Третье направление соответствовало положению объекта в тот момент, когда свет, излученный в точке наблюдения, дойдет до объекта (сигнал 'из будущего'). Угловые расстояния между этими тремя точками равны отношению тангенциальной скорости объекта к скорости света. Обычные скорости звезд относительно Земли - десятки км/с, поэтому типичные расстояния между точками - десятки угловых секунд. Выводы о 'трех положениях' сделаны на основе результатов, полученных при наблюдении 9 звезд, туманности Андромеды и шарового звездного скопления М2.

Закономерно возникает вопрос: а может ли вообще рассеянное в Космосе вещество, которое до недавнего времени обнаруживалось только по гравитационному полю его скоплений галактических масштабов, оказывать ощутимое воздействие на какой-либо земной объект или процесс? Этот вопрос возникает прежде всего в отношении нейтрино. Идея о том, что эти частицы могут играть какую-то роль в нашей повседневной жизни, может показаться абсурдной. Ведь на гигантских установках, предназначенных для исследования потоков нейтрино от Солнца и других космических источников, регистрируемые в год частицы можно пересчитать поштучно! Но традиционные сведения о свойствах нейтрино с энергией порядка 1 МэВ и выше, возникающих при b-распадах и на ускорителях, нельзя распространять на нейтрино скрытой массы, имеющие энергию на 10 порядков ниже.

По современным представлениям, основная часть нейтрино, входящих в скрытую массу, - это 'реликтовые' частицы и античастицы трех типов (электронные, мюонные и тау-нейтрино), образовавшиеся в начальных стадиях формирования Вселенной [3-5,9]. Разработанные астрофизические модели формирования Вселенной, основанные на известных законах Природы и опирающиеся на экспериментальные и наблюдательные данные, приводят к выводу о том, число реликтовых нейтрино превосходит число электронов и протонов в 10⁹ раз. При наличии у нейтрино массы больше 1 эВ (2^.10^-6 массы электрона) их суммарная масса превосходит массу всего остального вещества Вселенной (эксперименты и теория допускают наличие у электронного нейтрино массы порядка 10 эВ; для мюонных и тау-нейтрино допустимый предел на много порядков выше). Если бы нейтрино были безмассовыми частицами, их концентрация и энергия были бы примерно такими же, как и у хорошо исследованного реликтового фотонного излучения: 400-500 частиц/см³ и 5^.10^-4 эВ (1/1000 энергии квантов видимого света) [2], а угловое распределение было бы столь же однородным. Но наличие массы приводит к тому, что кинетическая энергия реликтовых нейтрино становится значительно меньше указанной величины. При таких низких энергиях скорость много меньше скорости света, и существенное влияние на движение оказывает гравитация. В результате этого угловое распределение перестает быть однородным, средняя концентрация нейтрино, связанных гравитационным полем Галактики, возрастает до 10⁷-10⁸ частиц/см³ [9], а плотность потока - до 10¹⁵-10¹⁶ частиц/см²с. Эти цифры на первый взгляд могут показаться неправдоподобно большими. Но оценки [10] показывают, что даже при такой концентрации частиц плотность вещества скрытой массы более чем на 10 порядков ниже средней плотности вещества в Солнечной системе.

'Идеальная прозрачность' вещества для НУЭ нарушается при наличии в нем b-радиоактивных нуклидов, с которыми НУЭ реагируют, инициируя реакцию обратного b-распада, в результате которой выделяется энергия порядка 1 МэВ [10,19-22]. Резкое возрастание интенсивности такого рода взаимодействия нейтрино с веществом в области ультранизких энергий, теоретически показанное в работе [18], продемонстрировано экспериментально [19].

Здесь уместно отметить идею И.М.Дмитриевского о том, что и прямой b-распад не является спонтанным процессом, а вызывается действием пар нейтрино-антинейтрино, входящих в состав скрытой материи [30]. Обсуждение этой гипотезы, важнейшим следствием которой является восстановление универсальности закона сохранения четности, выходит за рамки этой статьи.