космологических масштабах, но не в состоянии описать ситуацию в масштабах отдельных галактик, где гораздо успешнее оказывается модифицированная ньютоновская динамика (см. главу 12). Но, по словам Хоссенфельдер, модифицированная ньютоновскся динамика не походит, потому что она не может объяснить свойства скоплений галактик и реликтового излучения. К тому же у этой теории отсутствует приемлемая релятивистская версия. Зато новая сила, действующая со стороны сверхтекучей темной материи, в масштабах отдельных галактик похожа на своего рода модифицированную гравитацию. Поэтому Хоссенфельдер называет ее «самозванным полем».

По ее словам, «наблюдательные данные говорят о том, что мы имеем режим с разными откликами. Неправильно рассматривать [гипотезы о] состоящей из элементарных частиц темной материи и модифицированную гравитацию как две конкурирующие теории, каждая из которых предназначена для объяснения всех данных». В конце концов, как она отмечает в своем популярном блоге Backreaction и на своем YouTube канале, вы же не будете пытаться подправить уравнения Бернулли, описывающие поведение текучих сред, чтобы объяснить свойства льда11. При фазовом переходе речь идет о двух совершенно разных режимах темной материи с характерным для каждого из них описанием.

Стерильные нейтрино, аксионы, асимметричная темная материя, размытая темная материя, многокомпонентная темная материя, самовзаимодействующая темная материя, сверхтекучая темная материя – полет научной фантазии порождает новые теории быстрее, чем мутации – новые штаммы смертельного вируса. Это что, признак прогресса? Свидетельство того, что мы наконец приходим к единственному решению величайшей тайны астрофизики? Или это признак реального кризиса, когда ученые отчаянно ищут ответ, который все время ускользает от них? Может быть, мы, подобно индийским слепцам, пытаемся всё объяснить через стену, сосну, штык, змею, глисту, не приметив при этом самого слона как он есть?

Эрик Верлинде в Амстердамском университете пошел еще дальше. Он вообще не верит в существование «слона». Согласно его теории «эмерджентной» гравитации, темной материи не существует12. То, что мы воспринимаем как гравитационное действие таинственной субстанции, на самом деле представляет собой взаимодействие между нормальной материей и вездесущей темной энергией, а сама темная энергия есть следствие термодинамических свойств космологического горизонта – «края» наблюдаемой Вселенной. Если вам это кажется абракадаброй, не волнуйтесь. В эмерджентной гравитации мало кто разбирается, да и сам Верлинде признает, что в ней много недоработок.

Вместе со своим братом-близнецом Германом, который сейчас занимается теорией струн в Принстонском университете, Эрик изучал физику в Утрехтском университете, где голландский лауреат Герард ’т Хоофт привил ему интерес к черным дырам. В то время существование этих таинственных прожорливых космических объектов было еще предметом споров, но такие физики, как Яаков Бекенштейн, Хокинг и Хоофт уже основательно изучали черные дыры в теоретическом плане. В частности, Хокинг показал, что они должны испускать очень слабое излучение вследствие квантовых эффектов вблизи так называемого горизонта событий, расположенного на расстоянии, откуда невозможно вырваться из гравитационного поля черной дыры. А Бекенштейн показал, что черные дыры должны обладать некоторой энтропией (степенью беспорядка), пропорциональной площади горизонта событий. И именно взаимосвязь между термодинамикой и гравитацией черных дыр стала главным компонентом голографического принципа Хоофта, который мы здесь не излагаем из-за его сложности.

Удивительная связь между термодинамикой и гравитацией, вытекающая из математических свойств горизонта событий черной дыры, послужила для Верлинде основой для его теории эмерджентной (или энтропийной) гравитации. Основываясь на работах Теда Якобсена (который сейчас работает в Мэрилендском университете), Верлинде предложил теорию, в которой уравнения общей теории относительности Эйнштейна – наилучшее из имеющихся описаний гравитации – выводятся из неких внутренних микроскопических свойств пространства-времени точно так же, как сформулированные Людвигом Больцманом в 1880 году законы термодинамики выводятся из статистической механики – микроскопического поведения большого числа частиц.

Другими словами, гравитацию нельзя сравнивать с другими известными силами природы – она не является частью Стандартной модели физики элементарных частиц, а естественным образом возникает на макроскопическом уровне как следствие более фундаментальных свойств пространства-времени подобно тому, как температура газа является макроскопической физической величиной, которая есть отражение свойств и поведения триллионов молекул. «Если вы понимаете статистическую механику, то, значит, понимаете и термодинамику, – говорит Верлинде. – Точно так же, если мы полностью поймем пространство-время, то сможем понять и гравитацию».

И это еще не все. Согласно Бекенштейну и Хокингу, горизонт событий черной дыры – «поверхность», из-за которой к нам не может прийти никакая информация, – имеет определенную соответствующую ее энтропии температуру. Согласно Верлинде, то же самое верно и для космологического горизонта. И точно так же, как температура горизонта событий черной дыры влияет на видимую Вселенную посредством излучения Хокинга, термодинамические свойства космологического горизонта оставляют след в видимой Вселенной в форме темной энергии.

Ну а что же с темной материей? В ней нет необходимости, говорит Верлинде. То, что астрофизики считают гравитационным проявлением темной материи, на самом деле является результатом взаимодействия между этим совершенно новым описанием темной энергии и барионной материей во Вселенной. Интересно, что результаты предварительных расчетов Верлинде неплохо согласуются с результатами специально придуманной теории модифицированной ньютоновской динамики. «Конечно, я не могу все объяснить, – говорит Верлинде, – но это не обязательно свидетельствует о неверности идеи».

Пока что его теория не очень доработана, и у нее немного сторонников. Трудности частично связаны с тем, что она бросает вызов многим устоявшимся в космологии представлениям. Например, Верлинде язвительно замечает, что «вся эта концепция Большого взрыва не очень-то вписывается в мою теорию». Но кто знает, в эпоху кризиса может потребоваться большая перезагрузка, совсем как пандемия ковида потребовала глобальной перестройки экономических систем, общественного устройства и систем здравоохранения.

Я покидал Институт теоретической физики Амстердамского университета на закате. Темнело, и шел дождь. Я был в подавленном настроении: неизвестно было, как долго продлится этот локдаун. И к тому же это мрачным образом напоминало ситуацию с темной материей в космологии. Это все когда-нибудь закончится?

Но спустя пять дней все выглядело уже не таким гнетущим. Британская бабушка стала первым в мире человеком, привитым новой вакциной Pfizer/BioNTech. И я понял, что раз теперь с каждой неделей все больше людей будут прививаться от коронавируса, то значит, из любого кризиса найдется выход и наука готова решать любые задачи.

Как когда-то сказал Роберт Кеннеди, «будущее – не подарок, а достижение».

25. Увидеть невидимое

На восточном фасаде огромного белого здания есть маленькая дверь, а на ней – крохотная табличка «Salle Blanche Euclid». Под ней прикрепил скотчем листок бумаги с написанной от руки просьбой: «Bien fermer la porte – Merci» («Закрывайте плотнее дверь – спасибо»). Внутри здания создается очередной космический телескоп Европейского космического агентства.

От исторической