Մութ աշխարհի գաղտնիքները, կամ երբ գիտնականը սկսում է մտածել գիտաֆանտաստիկ գրողի պես
Գիտնականներն էլ են մարդ։ Նրանք նույնպես երազում են, փիլիսոփայում, անգամ` զբաղվում իրենց բուն գիտական գործունեությունից հեռու (անգամ` հակասող) բաներով, կարևորը, որ դա չվնասի գիտությանը։ Երբեմն էլ հենց գիտական գործունեության շուրջ մտորումները գիտնականին բերում են գիտական կամ մերձգիտական սպեկուլյացիաների դաշտ, որոնք ոչ մի գիտական պատկերացման չեն հակասում, սակայն որոնք սկզբունքորեն անհնար է կամ շատ դժվար է ստուգել, հետևաբար` գրեթե դուրս են մաքուր գիտության տիրույթից։ Այդուհանդերձ, նման մտավարժանքները երբեմն բեղմնավոր են լինում դրանցից այլ գիտական արդյունք ստանալու տեսանկյունից։
Ամերիկացի ֆիզիկոս Լիզա Ռենդելը լարերի տեսության ժամանակակից մեծագույն մասնագետներից մեկն է, Ռենդել-Սունդրումի հռչակավոր մոդելի համահեղինակը, ով ջանքեր է գործադրում գրավիտացիայի հետ կապված հիերարխիայի խնդրի լուծման ուղղությամբ։ Միաժամանակ, Ռենդելը խիզախ ու հեղափոխական մտածող է, ում թե գիտական, թե փիլիսոփայական մոտեցումները նորարարական են ու հին խնդիրները լրիվ այլ, անսպասելի տեսանկյունից դիտարկող։ Ռենդելի հայտնի գաղափարներից մեկն էլ կապված է մութ նյութի հետ, ու այդ կիսաֆանտաստիկ պատկերացման մասին էլ PAN-ն այս անգամ կպատմի։
Անհրաժեշտ է հիշել. Ռենդելի գաղափարները, կապված մութ նյութում ոչ գրավիտացիոն փոխազդեցությունների առկայության հետ, չնայած չեն հակասում որևիցե գիտական պատկերացման, այդուհանդերձ` սպեկուլյատիվ են այն առումով, որ դրանք չեն ստուգվել ու, հնարավոր է, երբեք էլ չստուգվեն, ինչի մասին գիտնականն ինքն է ասում։ Հետևաբար, ստորև բերված տեքստը շատ ավելի փիլիսոփայական է, քան գիտական, չնայած, նորից ենք կրկնում, այն չի հակասում որևիցե ժամանակակից գիտական պատկերացման։
Մենք գիտենք, որ սովորական (բարիոնային) նյութը կազմում է Տիեզերքի էներգիայի ընդամենը 1/20-րդ մասը կամ ամբողջ նյութի էներգիայի 1/6-րդ մասը (Տիեզերքի մնացած էներգիան բաժին է ընկնում խորհրդավոր մութ էներգիային)։ Ու չնայած նրան, որ սովորական նյութը Տիեզերքի էներգետիկ բալանսում փոքրամասնություն է, տիեզերագետներից բացի գրեթե ամբողջ գիտության ուշադրությունը կենտրոնացած է հենց սովորական նյութի վրա։
Մեզ հետաքրքրում է սովորական նյութը, որովհետև մենք ինքներս ու մեզ շրջապատող նյութական աշխարհը բաղկացած ենք դրանից։ Սակայն այն առանձնահատուկ է նաև իր հարուստ փոխազդեցություններով։ Սովորական նյութը փոխազդում է էլեկտրամագնիսական, թույլ և ուժեղ միջուկային փոխազդեցությունների միջոցով` ձևավորելով բարդ համակարգեր։ Ոչ միայն աստղերը, այլև լեռները, ծովերը, բույսերն ու կենդանիներն իրենց գոյությամբ պարտական են Բնության ոչ գրավիտացիոն ուժերին, որոնց միջոցով փոխազդում է սովորական նյութը։ Ճիշտ այնպես, ինչպես գարեջրում ալկոհոլի ցածր տոկոսը խմողի վրա ավելի շատ է ազդում, քան խմիչքի բաղադրության մնացած մասը, սովորական նյութը, չնայած կրում է Տիեզերքի էներգետիկ խտության փոքր մասը, շատ ավելի նկատելի է ազդում ինքն իր ու շրջապատի վրա, քան այն, ինչ ուղղակի անցնում է սովորական նյութի միջով։
Եթե կուզեք ավելի ակնհայտ համեմատություն` սովորական նյութը կարելի է դիտարկել, որպես Տիեզերքի էներգիայի արտոնյալ մաս. բիզնեսում ու քաղաքականության մեջ 1 տոկոսը դոմինանտ է որոշումների կայացման ու քաղաքականության մշակման մեջ, այն ժամանակ, երբ բնակչության մնացած 99 տոկոսը ապահովում է ենթակառուցվածքների գոյությունն ու սպասարկումը` կառուցում շենքեր, ապահովում քաղաքների աշխատանքն ու սնունդ հասցնում մարդկանց սեղաններին։ Ճիշտ այդպես էլ սովորական նյութը գերակշռում է մեզ համար տեսանելի գրեթե ամեն ինչի նկատմամբ այն դեպքում, երբ մութ նյութն իր առատության ու տարածվածության շնորհիվ նպաստել է գալակտիկաների ու դրանց կուտակումների ձևավորմանը` միայն չնչին ազդեցություն թողնելով մեր անմիջական շրջապատի վրա։
Կարճ ասած, մեր անմիջական շրջապատի ստրուկտուրայի համար պատասխանատու է սովորական նյութը։ Այն պատասխանատու է մեր մարմինների շարժման, մեր տնտեսությունը աշխատացնող էներգիայի աղբյուրների, համակարգչի էկրանի համար, որի վրա դուք կարդում եք այս տեքստն ու, ընդհանրապես, այն ամենի համար, ինչի մասին դուք կարող եք մտածել ու ինչի մասին կարող եք հոգ տանել։ Եթե ինչ-որ բան ունի չափելի փոխազդեցություններ, այն ուշադրության արժանի է, քանի որ կարող է ունենալ շատ ավելի անմիջական ազդեցություն այն ամենի վրա, ինչ մեզ շրջապատում է։
Մութ նյութի սովորական սցենարում բացակայում են հետաքրքիր փոխազդեցություններն ու ստրուկտուրաները։ Տարածված է այն կարծիքը, որ մութ նյութն ընդամենը «սոսինձ» է, որով ամրացված են գալակտիկաներն ու գալակտիկական կուտակումները, ու այդ «սոսինձն» իրենից ներկայացնում է դրանք շրջապատող ամորֆ ամպեր։ Լիզա Ռենդելը հարցնում է. ի՞նչ, եթե այդ ենթադրությունը սխալ է, ու միայն մեր նախապաշարմունքներն ու տգիտությունն են (որը նախապաշարմունքների մեծ մասի հիմքում է) մեզ բերել այդ պոտենցիալ մոլորեցնող ուղու վրա։ Տարրական մասնիկների Ստանդարտ մոդելը ներառում է քվարկերի վեց, լիցքավորված լեպտոնների (ներառյալ` էլեկտրոնների) ու նեյտրինոների երեքական տիպ, ինչպես նաև` փոխազդեցության համար պատասխանատու բոլոր մասնիկներն ու վերջերս հայտնաբերված Հիգգսի բոզոնը։ Ռենդելը հարցնում է` ի՞նչ, եթե մութ նյութի աշխարհը նույնքան կամ գրեթե նույնքան հարուստ է։ Այդ դեպքում մութ նյութի մեծ մասը փոխազդում է միայն գրավիտացիայի չնչին ուժով, սակայն փոքր կոմպոնենտը կփոխազդի այնպիսի ուժերի ազդեցությամբ, որոնք նման են սովորական նյութի փոխազդեցության ուժերին։ Ստանդարտ մոդելի մասնիկների ու ուժերի հարուստ և բարդ ստրուկտուրան առաջացնում է բազում հետաքրքիր երևույթներ։ Եթե մութ նյութը ներառում է ոչ գրավիտացիոն փոխազդող չափաբաժին, այն նույնպես ազդեցիկ կլինի։ Եթե մենք լինեինք մութ նյութից բաղկացած արարածներ, ապա սխալված կլինեինք` կարծելով, թե բարիոնային նյութի բոլոր մասնիկները պատկանում են միևնույն տիպին։ Հնարավոր է` մենք, բարիոնային նյութից բաղկացած մարդիկ, նույն սխալն ենք թույլ տալիս։ Հաշվի առնելով Տարրական մասնիկների Ստանդարտ մոդելի բարդությունը, որը նկարագրում է նյութի` մեզ հայտնի հիմնական կոմպոնենտները, տարօրինակ է թվում ենթադրությունը, թե ամբողջ մութ նյութը բաղկացած է մասնիկների միայն մեկ տիպից։ Ինչո՞ւ դրա փոխարեն չենթադրել, որ մութ նյութի ինչ-որ մաս ունի փոխազդեցության սեփական տիպերը։ Այդ դեպքում, ճիշտ այնպես, ինչպես սովորական նյութն է բաղկացած մասնիկների տարբեր տիպերից, ու այդ ֆունդամենտալ աղյուսները փոխազդում են լիցքերի տարբեր կոմբինացիաների միջոցով, մութ նյութը կարող է ունենալ այլ աղյուսներ, ու մասնիկների այդ նոր տիպերից առնվազն մեկը կունենա ոչ գրավիտացիոն փոխազդեցություն։
«Ստանդարտ մոդելի նեյտրինոն չի փոխազդում ուժեղ ու էլեկտրամագնիսական փոխազդեցության եղանակով` ի տարբերություն քվարկերի վեց տիպերի։ Ոչ ոք չի մտածել այն պարզ հնարավորության մասին, որ, չնայած մութ նյութի մեծ մասը ոչ գրավիտացիոն չի փոխազդում, փոքր մասը կարող է փոխազդել։ Նույն կերպ, հնարավոր է, մութ նյութի մասնիկների որևիցե տիպ ունի թույլ ոչ գրավիտացիոն փոխազդեցություն կամ ընդհանրապես չի փոխազդում, բացի գրավիտացիոն փոխազդեցությունից, սակայն դրա մի մասը, օրինակ, 5 տոկոսը, փոխազդում է։ Հիմնվելով նրա վրա, ինչ մենք տեսել ենք սովորական նյութի աշխարհում, հնարավոր է, այդ սցենարն ավելի հավանական է, քան ենթադրությունը մութ նյութի թույլ փոխազդող կամ ոչ գրավիտացիոն չփոխազդող մասնիկի մասին»,- նշում է Ռենդելը։
Միջազգային հարաբերություններով զբաղվող որոշ մարդիկ սխալ են թույլ տալիս` ենթադրելով, որ այլ երկրների մշակույթը չունի հասարակական այն բազմազանությունը, որն ունի իրենց սեփական երկրի մշակույթը։ Անաչառ գիտնականը չպետք է ենթադրի, թե մութ նյութն այնքան հետաքրքիր չէ, որքան սովորական նյութը ու զուրկ է մեր նյութին հատուկ բազմազանությունից։ Լիզա Ռենդելը կարծում է, որ դա «լուսային շովինիզմ» է, որը հատուկ է գիտնականների մեծ մասին։ Դա նշանակում է, որ մենք դիտարկում ենք նյութի այն տիպը, որը մեզ առավել հայտնի է, որպես ավելի նշանակալի, հետևաբար` ավելի բարդ ու հետաքրքիր։ Սա համոզմունքների այն տեսակն է, որը վաղուց հերքվել է Կոպեռնիկոսյան հեղափոխության արդյունքում։ Այդուհանդերձ, մարդկանց մեծ մասը համառորեն կարծում է, որ իր տեսակետն ու մեր նշանակալի լինելու իրենց համոզմունքը համապատասխանում է արտաքին աշխարհին։
Սովորական նյութի շատ կոմպոնենտներ տարբեր կերպ են փոխազդում ու տարբեր կերպ են ներդրում ունենում շրջապատող աշխարհի հատկություններում։ Ճիշտ նույն կերպ, մութ նյութը կարող է ունենալ տարբեր վարքագծով տարբեր մասնիկներ, որոնք կարող են չափելի կերպով ազդել Տիեզերքի ստրուկտուրայի վրա։
«Երբ ես առաջին անգամ սկսեցի ուսումնասիրել մասնակի փոխազդող մութ նյութը, ես զարմացել էի` հայտնաբերելով, որ գրեթե ոչ ոք հաշվի չէր առել պոտենցիալ սխալն ու այն ենթադրության մեծամտությունը, համաձայն որի միայն սովորական նյութն է կարող ունենալ մասնիկների ու փոխազդեցությունների մեծ բազմազանություն։ Որոշ ֆիզիկոսներ փորձում էին վերլուծել մոդելներ, ինչպիսիք են «հայելային մութ նյութը», որում մութ նյութն ընդօրինակում է այն ամենն, ինչ կա սովորական նյութում։ Սակայն նման մոդելները բավականին սպեցիֆիկ են ու էկզոտիկ։ Դրանց հետևանքները դժվար էր համադրել այն ամենի հետ, ինչ մենք գիտենք»,- հավելում է գիտնականը։
Ֆիզիկոսների փոքր խումբն էլ ուսումնասիրում էր մութ նյութի փոխազդեցության ավելի ընդհանուր մոդելներ։ Սակայն անգամ նրանք ենթադրում էին, որ ամբողջ մութ նյութը միանման է ու, հետևաբար, ենթարկվում է միևնույն ուժերին։ Ոչ ոք թույլ չէր տալիս այն պարզ հնարավորությունը, համաձայն որի` չնայած մութ նյութի մեծ մասը ոչ գրավիտացիոն չի փոխազդում, ինչ-որ փոքր մաս փոխազդում է։
Պոտենցիալ պատճառներից մեկն, ըստ Ռենդելի, ակնհայտ է։ Մարդկանց մեծ մասը սպասում է, որ մութ նյութի նոր տիպը ոչ մի առնչություն չի ունենա չափելի երևույթների մեծ մասի հետ, եթե լրացուցիչ կոմպոնենտը կազմում է մութ նյութի ընդամենը փոքր մասը։ Անգամ անմիջականորեն դիտարկած չլինելով մութ նյութի գերակշռող կոմպոնենտը, փոքր կոմպոնենտի մասին խոսելը կարող է անիմաստ լինել։
Սակայն եթե հիշենք, որ սովորական նյութի էներգիան մութ նյութի էներգիայից հինգ անգամ քիչ է, սակայն դա այն ամենն է, ինչին ուշադրություն է դարձնում մարդկանց մեծամասնությունը, կհասկանանք, թե որն է նման տրամաբանության սխալը։ Ավելի ուժեղ ոչ գրավիտացիոն ուժերի միջոցով փոխազդող նյութը կարող է ավելի հետաքրքիր ու ազդեցիկ լինել, քան առավել մեծ քանակությամբ թույլ (գրավիտացիոն) փոխազդող նյութը։
Մենք տեսանք, որ դա ճիշտ է սովորական նյութի համար։ Սովորական նյութը, հաշվի առնելով իր քիչ քանակությունը, չափից մեծ ազդեցություն է թողնում, որովհետև այն կոլապսի է ենթարկվում` վերածվելով խիտ նյութական սկավառակի` առաջացնելով աստղեր, մոլորակներ, Երկիրն ու անգամ կյանքը։ Մութ նյութի ենթադրելի լիցքավորված կոմպոնենտը (մութ էլեկտրամագնիսականություն), որը պարտադիր չէ նույնքան առատ լինի, որքան ամբողջ մութ նյութն է, նույնպես պետք է կարողանա կոլապսի ենթարկվել։ Հնարավոր է` այն նույնիսկ տրոհվում է` վերածվելով աստղանման օբյեկտների։ Այդ սկավառակաձև ստրուկտուրան սկզբունքորեն հնարավոր կլիներ դիտարկել, ավելին` այն կարող է անգամ ավելի հասանելի լինել, քան սառը մութ նյութի ավանդաբար գերակշռող կոմպոնենտը, որն ավելի նոսր է բաշխված հսկայական սֆերիկ գալոյում։
Ռենդելի եզրակացությունը հետևյալն է. հենց սկսեք մտածել այս ուղղությամբ, հնարավորություններն արագ բազմապատկվում են։ Ի վերջո, էլեկտրամագնիսականությունն ընդամենը մի քանի ոչ գրավիտացիոն ուժերից մեկն է, որոնց հետ գործ ունեն Ստանդարտ մոդելի մասնիկները։ Էլեկտրոնները միջուկների հետ կապող ուժերի հետ միասին, Ստանդարտ մոդելի մասնիկները փոխազդում են նաև թույլ և ուժեղ միջուկային ուժերի միջոցով։ Սովորական նյութի աշխարհում կարող էին գոյություն ունենալ այլ, լրացուցիչ ուժեր, սակայն դրանք չափազանց թույլ կլինեին հասանելի էներգիաների պայմաններում, որովհետև մինչ օրս դրանց առկայության որևիցե նշան չի հայտնաբերվել։ Սակայն անգամ երեք ոչ գրավիտացիոն ուժերի առկայությունը ենթադրում է, որ փոխազդող մութ հատվածը նույնպես կարող է դրսևորել ոչ գրավիտացիոն ուժեր, որոնք տարբերվում են մութ էլեկտրամագնիսականությունից։
Այսպիսով, հնարավոր է, որ բացի էլեկտրամագնիսականության տիպի ուժերից, մութ մասնիկների վրա ազդում են միջուկային տիպի ուժեր։ Այս առավել հարուստ սցենարում կարող են առաջանալ մութ աստղեր, որոնք ենթարկվում են միջուկային այրման` ձևավորելով ստրուկտուրաներ, որոնք դրսևորում են սովորական նյութին ավելի նման վարքագիծ, քան այն մութ նյութը, որը մինչ այժմ նկարագրվում էր։ Այդ դեպքում մութ սկավառակում կլինեին մութ աստղեր` շրջապատված մութ մոլորակներով, որոնք բաղկացած են մութ ատոմներից։ Այսպիսով, նման մութ նյութը կունենար նույն բարդությունը, ինչ սովորական նյութը։
Մասամբ փոխազդող մութ նյութն, անկասկած, պարարտ հող է տարատեսակ սպեկուլյացիաների համար ու թույլ է տալիս դիտարկել հնարավորություններ, որոնց մասին նախկինում չէր խոսվում։ Մութ սեկտորում լրացուցիչ ուժերի ու դրանց հետևանքների հետ կապված սցենարները հատկապես գրավիչ են գրողների ու կինոարտադրողների համար։ Հնարավոր է, նրանք անգամ կարող են ենթադրել, որ մութ կյանքը գոյակցում է մեզ հետ։ Սակայն անգամ եթե մութ արարածները գոյություն ունենային, մենք դրա մասին չէինք իմանա։ Դուք անգամ պատկերացում չունեք, թե ինչպիսին կարող է լինել մութ նյութից բաղկացած կյանքը ու երբեք չեք էլ ունենա։
Չնայած հետաքրքիր է մտորել մութ կյանքի հնարավորությունների մասին, առավել բարդ է գտնել այն դիտարկելու կամ դրա գոյությունը հայտնաբերելու անուղղակի միջոցները։ Անգամ սովորական նյութից բաղկացած կյանքը հայտնաբերելն ինքնին բավականին դժվար է, չնայած էկզոմոլորակների որոնումները հաջողությամբ շարունակվում են։ Սակայն մութ կյանքի առկայության ապացույցները, եթե այն գոյություն ունի, շատ ավելի անորսալի կլինեին, քան հեռավոր աշխարհներում սովորական կյանքի առկայության վկայությունները։
Միայն վերջերս մենք վերջապես հայտնաբերեցինք հսկայական սև խոռոչների արձակած գրավիտացիոն ալիքները։ Ռենդելը հիշեցնում է՝ մենք գրեթե ոչ մի շանս չունենք հայտնաբերելու մութ արարածի կամ անգամ մութ արարածների մի ամբողջ բանակի գրավիտացիոն էֆեկտը` անկախ նրանից, թե որքան մոտ են նրանք մեզ։
Իհարկե, կուզեինք ինչ-որ կերպ կապ հաստատել այդ մութ սեկտորի հետ կամ ստիպել նրան շփվել մեզ հետ ինչ-որ հատուկ ձևով։ Սակայն եթե այդ մութ կյանքը չի ենթարկվում նույն այն ուժերին, որոնց ենթարկվում ենք մենք, նման բան տեղի չի ունենա։ Չնայած գրավիտացիոն փոխազդեցությունը մեզ համար ընդհանուր է, ոչ մեծ օբյեկտի կամ կյանքի տեսակի առաջացրած գրավիտացիոն ուժը չափազանց փոքր է, որպեսզի այն հնարավոր լինի հայտնաբերել։ Միայն շատ մեծ մութ օբյեկտները, ինչպիսին է ամբողջ Ծիր կաթինի հարթությամբ ձգվող սկավառակը, կարող են ունենալ տեսանելի հետևանքներ։
Մութ օբյեկտները կամ մութ կյանքը կարող են շատ մոտ լինել, սակայն եթե մութ նյութի մաքուր զանգվածը շատ մեծ չէ, մենք ոչ մի ձևով չենք կարողանա իմանալ դրա մասին։ Անգամ ամենաժամանակակից տեխնոլոգիաներով, կամ ցանկացած տեխնոլոգիայով, որ մենք կարող ենք պատկերացնել, հնարավոր կլինի ստուգել միայն որոշ, շատ նեղ հնարավորություններ։ Ստվերային կյանքը, որքան էլ այն տպավորիչ լինի, պարտադիր չէ ունենա տեսանելի հետևանքներ, որոնք մենք կկարողանայինք նկատել, ինչն այն դարձնում է գայթակղիչ հնարավորություն, որն անհասանելի է դիտարկման համար։
Հանուն արդարության, մութ կյանքը շատ բարդ խնդիր է։ Ֆանտաստ գրողները կարող են խնդիր չունենալ այն ստեղծելու հետ, սակայն Տիեզերքի համար կան շատ ավելի բարդ խոչընդոտներ, որոնք անհրաժեշտ է հաղթահարել։ Հայտնի չէ, թե բոլոր հնարավոր քիմիաներից քանիսն են կարող ապահովել կյանքի գոյությունը, ու անգամ նրանց համար, որոնք կարող են, մենք չգիտենք անհրաժեշտ շրջակա միջավայրի տիպերը։
«Այդուհանդերձ, սկզբունքորեն, մութ կյանքը կարող է գոյություն ունենալ, անգամ` անմիջապես մեր քթի տակ։ Սակայն առանց մեզ կազմող նյութի հետ ավելի ուժեղ փոխազդեցության այն կարող է լինել բարի կամ վտանգավոր, ակտիվ կամ իներտ, միևնույն է` մենք երբեք չենք իմանա։ Սակայն հետաքրքիր է այն, որ եթե մութ աշխարհում կան ոչ գրավիտացիոն փոխազդեցություններ, անկախ նրանից` կապված են դրանք կյանքի հետ, թե ոչ, դրանց ազդեցությունը գալակտիկական ստրուկտուրայի վրա ի վերջո հնարավոր կլինի չափել։ Ու այդ ժամանակ մենք կիմանանք շատ ավելին մութ աշխարհի մասին»,- եզրափակում է գիտնականը։