Действительно, система электронных оболочек хорошо описывается в смысле согласия с экспериментом квантовой механикой и не требует привлечения каких-то неизвестных свойств пространства и времени. То же самое можно сказать о движении тел в Солнечной системе. В ее пределах пространство трехмерно или неотличимо близко к этому. По крайней мере закон обратных квадратов справедлив с точностью до пятой значащей цифры, за которой дальше уже начинается порядок, где мы должны учитывать теорию относительности или какие-то другие релятивистские теории гравитации. Там же может открыться и область непознанного. Что же касается масштабов меньших или больших, то об этом очень мало известно и слишком много проблем. Теория ядерных взаимодействий и теория элементарных частиц еще далеки от завершения. Например, до сих пор нет единого мнения, почему кварки удерживаются в протонах и нейтронах и не наблюдаются в свободном состоянии. А вдруг это тоже иные пространственно-временные отношения?

Если устремиться в область больших масштабов, то мы придем к конкретному и единственному объекту: нашей Вселенной. Кто-то скажет, что мы знаем о ней много, позволим себе в этом не согласиться. Мы наблюдаем ее фактически из одной точки, находясь в данных нам физических условиях, получая и интерпретируя информацию в соответствии с развитием технических и теоретических возможностей, а так же с нашем чисто человеческим разумением: мышлением, логикой, языком и т.д. Глубокая философская проблема. Не нам и не здесь ее решать. Зададим более конкретный вопрос: а есть ли какие-нибудь наблюдательные факты, которые можно интерпретировать как отличные от принятых свойств, например, пространства? Отличную от стандартной размерность? Оказывается, есть. Попробуем аргументировать свою точку зрения тремя следующими сюжетами.

4. Как взаимодействуют “взаимодействующие галактики”?

В 50-60 гг. нашего века советский астроном Б.А. Воронцов-Вельяминов исследовал с помощью знаменитого Паломарского атласа неба необычные далекие объекты, а затем наблюдал их сам и составил каталог. Это были группы из нескольких галактик, в которых проявляется физическое взаимодействие: вытянутые цепочки из двух или более галактик, соединенные светяцимися голубоватыми “перемычками”, часто с “хвостами” на концах, либо тесные гнезда,где галактики почти соприкасаются, погруженные в общую “оболочку”. Вещество таких протяженных структур составляют молодые горячие звезды, голубые гиганты и сверхгиганты. Было, однако, ясно, что наличие перемычек и других структур плохо согласуется с законом обратных квадратов для силы тяготения. Они должны быть неустойчивы и быстро распадаться. Воронцов-Вельяминов допускал возможность взаимодействия иной природы, помимо тяготения и электромагнетизма. В конце 80-х австралийские ученые А.Е. Врайт, М. Дисней и Р. Томсон провели численное моделирование приливного взаимодействия двух галактик неравных масс, движущихся по орбите вокруг общего центра тяжести, для обратного линейного закона тяготения (такой закон соответствует размерности n-2) и для законв обратных квадратов для сравнения. В первом случае уверенно получаются долго существующие хвосты и перемычки, а во втором случае нет. Интуитивно это ясно: обратный линейный закон имеет более слабый градиент убывания, поэтому он может способствовать образованию более тонких, протяженных и более долгоживущих структур из такого легко разрушаемого материала, как газ звезд.

5. Самый темный вопрос – о темной материи.

Будем считать, что с проблемой с проблемой темной материи мы знакомы. Отметим лишь один существенный для нашего рассмотрения факт – все доказательства существования скрытых масс в природе основывается на движении видимых масс.

Еще в 30-х гг. Ф. Цвикки заметил, что галактики в скоплении Волос Вероники движутся слишком быстро, чтобы это можно было объяснить их гравитационным притяжением. В 80-х гг. радиоастрономы измерили скорость облаков нейтрального водорода, расположенных далеко за краем видимого оптического диска спиральных галактик. Вместо ожидаемого радения скорости вращения с удалением от центра оказалось, что эта скорость остается неизменной, а иногда даже растет. У не вращающихся эллиптических галактик наблюдения показали аномально большой разброс скоростей составляющих их звезд. Для спасения теории, астрономы предположили, что галактики погружены в массивные сферические оболочки (гало) из невидимой материи.

Переходя к группам галактик, от двойных до сверхскоплений, находим все то же: чересчур большие скорости отдельных галактик. Оставаясь в рамках существующих теорий, астрономы могут объяснить их только в предположении, что тяготеющие массы во много раз больше, чем светящиеся. При этом компенсирующей темной материи требуется все больше при переходе ко все большим космологическим масштабам. Кто-то уже сказал, что чем дальше, тем Вселенная становится все темнее и мрачнее.

Уже несколько десятилетий идут попытки увидеть эту темную материю и постичь ее природу. Конечно, существует понятная и известная темная материя, как то: темные туманности, коричневые карлики, межгалактический газ, как рассеянный, так и собранный в облака, и т.п. Возможно, существуют в межзвездном пространстве планетоидные тела и ядра комет. Однако все попытки определить суммарную массу этого “космического мусора” показывают, что его явно недостаточно, чтобы покрыть гигантскую потребность в темной материи.

Какими еще свойствами обладает темная материя, кроме гравитационных? Оказывается, она не проявляет никаких свойств, кроме гравитационных. Не поглощает и не рассеивает видимого света и вообще электромагнитного излучения. Пока что она остается лишь благодатным полем для фантазий физиков-теоретиков. Каждая открытая или просто предсказанная частица становилась и становится кандидатом на роль (или на компонент) темного вещества. Ни одна модель образования крупномасштабной структуры Вселенной не обходится без привлечения частиц темной материи. В построении таких моделей существуют две конкурирующие версии: какая материя – горячая (нейтрино) или холодная (аксионы, барионы) – участвует в процессе. Каждая модель создает свои трудности. Например, “холодные” модели не могут объяснить наблюдаемую характерную величину неоднородностей в распределении материи Вселенной (130 – 140 Мпк): расчеты дают на порядок ниже. Многие исследователи смешивают горячую и холодную материи как воду в ванне, чтобы получить, а лучше сказать подогнать под согласие с наблюдениями, и достигают успеха. Но решение этой космологической трудности усугубляет другую, а именно проблему возраста Вселенной.

Концепция темной материи устраивает далеко не всех. Тем или иным способом некоторые исследователи пытаются ее обойти. Чаще всего предлагаются различные модификации закона тяготения Ньютона. Фактически, здесь также предложена своя модификация, но, в отличии от других, это – следствие намного более общего положения, а именно – расширение понятия размерности пространства.

6. Каков возраст Вселенной? Конечен ли он?