Вариант 2
Часть 2
Ответами к заданиям 1-24 являются цифра (число) или слово (несколько слов), последовательность цифр (чисел). Запишите ответ в поле ответа в тексте работы, а затем перенесите в бланк ответов № 1 справа от номера задания, начиная с первой клеточки, без пробелов, запятых и других дополнительных символов. Каждую букву или цифру пишите в отдельной клеточке в соответствии с приведенными в бланке образцами.
Прочитайте текст и выполните задания 1-3.
(1)Считается, что тёмная энергия является движущей силой, которая обеспечивает постоянное расширение Вселенной. (2)В таком случае наблюдение нескольких слияний чёрных дыр может подсказать природу Вселенной, <...> частота и амплитуда волн многое говорят об их источнике. (З)Сравнивая мощность столкновения, определённую с помощью обычных телескопов, с силой гравитационных колебаний, измеренных детекторами, можно определить, как далеко произошло событие и насколько расширилось пространство за то время, пока волны летели к Земле.
Задание 1.
Укажите два предложения, в которых верно передана ГЛАВНАЯ информация,
1) Учёные давно изучают природу Вселенной, но именно наблюдение столкновения и слияния чёрных дыр стало прорывом в их исследовательской деятельности, подтвердив многие гипотезы.
2) При сравнении мощности столкновения чёрных дыр с силой гравитационных колебаний тёмная энергия, которую считают движущей силой расширения Вселенной, может подсказать природу Вселенной.
3) Частота и амплитуда волн тёмной энергии многое говорят о чёрных дырах, слияние которых может подсказать природу Вселенной в случае сравнения мощности столкновения с силой гравитационных колебаний.
4) Считается, что мощность столкновения чёрных дыр можно определить с помощью обычных телескопов: достаточно сравнить её с силой гравитационных колебаний, измеренных детекторами.
5) Частота и амплитуда волн многое говорят об их источнике: в частности, определив длину волны, можно понять, насколько далеко произошло событие.
Задание 2.
Какое из приведенных ниже слов (сочетаний слов) должно стоять на месте пропуска во втором (2) предложении текста? Выпишите это слово (сочетание слов).
несмотря на это,
зато
ведь
поэтому
напротив,
Задание 3.
Прочитайте фрагмент словарной статьи, в котрой приводятся значения слова ВОЛНА. Определите значение, в котором это слово употреблено во втором (2) предложении текста. Выпишите цифру, соответствующую этому значению в приведенном фрагменте словарной статьи.
Волна, -ы, мн. Волны, волн, волнам и волнам; ж.
1. Водяной вал, образуемый колебанием водной поверхности. Шум волн. Гребень волны. Цвет морской волны (зеленовато-гоубой).
2. Колебательное движение в физической среде, а также распространение этого движения. Звуковая в. Передача на короткой волне. Воздушная в.
3. перен., кого-чего. О том, что движется друг за другом во множестве на некотором расстоянии; о массовом проявлении чего-н. В. Бегущих, наступающих. В. возмущения. В. героизма.
4. Гимнастический, танцевальный и т.п. элемент в виде прогиба, колебательных движений. Выполнение волн гимнастикой. В танце живота в. занимает особое место.
Задание 4.
В одном из приведенных ниже слов допущена ошибка в постановке ударения: неверно выделена буква, обозначающая ударный гласный звук. Выпишите это слово.
дОсуха
мозАичный
приручЁнный
бралА
исчЕрпать
Задание 5.
В одном из приведённых ниже предложений НЕВЕРНО употреблено выделенное слово. Исправьте лексическую ошибку, подобрав к выделенному слову пароним. Запишите подобранное слово.
Экскурсионный тур по Кругобайкальской железной дороге проводится на КОМФОРТАБЕЛЬНОМ поезде.
Олимпийская золотая медаль — это, пожалуй, самый ЖЕЛАННЫЙ спортивный приз. ЛИЧНОСТНЫЙ рост — это максимальное развитие способностей, талантов человека, реализация потенциала, заложенного с момента появления на свет.
Для работы лазерных принтеров необходим специальный КРАШЕНЫЙ порошок. ДЕЛЯЧЕСКИЙ подход к обязанностям не приносит общественно значимой пользы и заслуживает осуждения.
Задание 6.
В одном из выделенных ниже слов допущена ошибка в образовании формы слова. Исправьте ошибку и запишите слово правильно.
пачка МАКАРОНОВ
ПЯТЬЮСТАМИ книгами
более ВСПЫЛЬЧИВЫЙ
с ОБЕИХ позиций
ИСПЕКИ пирог
Задание 7.
Установите соответствие между грамматическими ошибками и предложениями, в которых они допущены: к каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца.
Грамматические ошибки
A) нарушение видовременной соотнесённости глагольных форм
Б) ошибка в построении предложения с однородными членами
B) неправильное построение предложения с косвенной речью
Г) нарушение связи между подлежащим и сказуемым
Д) неправильное построение предложения с причастным оборотом
Предложения
1) Сверкающий тёплый просвет в облаках, отражённый в воде и поддержанный отсветами на земле, ведёт борьбу с огромными тёмными и холодными тучами и бегущими по земле тенями.
2) В картине легко различается композиционный центр, к которому сходились основные линии пейзажа — очертания косогора, берега заводи, тропинки, границы света и тени на лугу.
3) Запах белой гвоздики, нагретой солнцем, распространился по всему вагону.
4) Стремясь отобразить на полотне игру света, Моне наносит мелкие стремительные мазки, напоминающие сверкающие пятнышки.
5) Художник просто перенёс на полотно наполненные свои детские воспоминания шорохом волн у причала, запахами шумного порта и перламутровыми бликами на воде.
6)Заблестели на листьях орешника капли не то росы, не то дождя.
7) Те, кто побывал на выставке художников в Париже, помнит скандал, который вызвала картина Моне «Впечатление. Восход солнца».
8) Винсент Ван Гог говорил, что «я хочу передать картинами нечто утешительное, подобное музыке».
9) И. Э. Грабарь был не только художником, мастером пейзажа, натюрморта, портрета, а также историком искусства, музейным деятелем, создателем реставрационных мастерских.
Задание 8.
Определите слово, в котором пропущена безударная чередующаяся гласная корня. Выпишите это слово, вставив пропущенную букву.
п..лисадник
пок..сившийся
мет..орология
заб..раться
изм..рение
Задание 9.
Определите ряд, в котором в обоих словах пропущена одна и та же буква. Выпишите эти слова, вставив пропущенную букву.
ра..гон, и..печь
роз..ск, с..змала
вз..скать, по..грать
пр..рвать, пр..людно
пр..дедушка, д..бавил
Задание 10.
Выпишите слово, в котором на месте пропуска пишется буква Е.
ножн..чки
расчётл..вый
удоста..вавший
милост..вый
продл..вать
Задание 11.
Выпишите слово, в котором на месте пропуска пишется буква И.
организу..мый
стро..мый (город)
(полезные) ископа..мые
удво..нный
колебл..шься
Задание 12.
Определите предложение, в котором НЕ со словом пишется СЛИТНО. Раскройте скобки и выпишите это слово.
Ещё (НЕ)ЗНАЯ ничего о микробиологии, древние люди заботились о том, чтобы земля была плодородной.
Вследствие (НЕ)ПРЕКРАЩАЮЩИХСЯ из года в год пожаров лес на горах был совершенно уничтожен.
Я предпочитаю не отрицать ничего того, что (НЕ)ПРОВЕРЕНО на собственном опыте.
Представители конкурентной стороны (НЕ)ГОДОВАЛИ: был упущен такой выгодный долгосрочный контракт.
Очередной ответ студента на дополнительный вопрос экзаменатора был далеко (НЕ)ТОЧЕН.
Задание 13.
Определите предложение, в котором оба выделенных слова пишутся СЛИТНО. Раскройте скобки и выпишите эти два слова.
(НА)ЗЛО иногда и добром отвечают: а (НА)ВСТРЕЧУ добру и другое добро родится. (С)ЛЕВА, за барьером, (КАК)БУДТО в гигантском провале, пустынный зал, где происходят все почтовые операции, а над ним возносится стеклянный купол. Лейтенант, построив весь взвод (ПО)ДВОЕ, повёл нас через лес, (НЕ)СМОТРЯ на наступавшие сумерки.
Я думал, ЧТО(БЫ) мне сказать отцу (В)ПРОДОЛЖЕНИЕ нашего вчерашнего разговора.
(В)ПОСЛЕДСТВИИ, когда мне привелось (С)НОВА побывать в тургеневском парке, я обратил внимание на большое количество молодых деревьев.
Задание 14.
Укажите цифру(-ы), на месте которой(-ых) пишется Н.
По городу расположе(1)ы на каналах дровя(2)ые биржи. Привезё(3)ые по воде дрова лежат сложе(4)ыми на набережных, откуда их нрузят на телеги и развозят по домам.
Задание 15.
Расставьте знаки препинания. Укажите два предложения, в которых нужно поставить ОДНУ запятую. Запишите номера этих предложений.
1) Холод либо тормозит жизненные функции организма либо вынуждает его к защите.
2) Ветер закручивал листья в осеннюю карусель да закидывал их в окна домов.
3) Агентство проводит исследования во всех областях электронной передачи данных и управляет постами прослушивания и перехвата сигналов во всём мире.
4) На сайте пользователи могут получить ответ на заданный вопрос или же ознакомиться с ранее заданными вопросами и ответами.
5) Императора отличала широта интересов и кругозора и философия была его основным увлечением.
Задание 16.
Расставьте все знаки препинания: укажите цифру(-ы), на месте которой(-ых) в предложении должна(-ы) стоять запятая(-ые).
Любовь аборигенов к раскрашиванию тела и надеванию (1) искусно сделанных (2) масок (3) используемых во время церемоний и празднеств (4) свидетельствует об особой роли орнамента.
Задание 17.
Расставьте все знаки препинания: укажите цифру(-ы), на месте которой(-ых) должна(-ы) стоять запятая(-ые).
Задание 18.
Расставьте знаки препинания: укажите цифру(-ы), на месте которой(-ых) в предложении должна(-ы) стоять запятая(-ые).
Первая экскурсия по городу (1) с видами (2) которого (3) вы давно знакомы по книгам, альбома и открыткам (4) оставляет самые яркие впечатления.
Задание 19.
Расставьте все знаки препинания: укажите все цифры, на месте которых в предложении должны стоять запятые.
Накануне планируемого отъезда я все таки решил (1) что (2) пока я не заработаю достаточно денег на проезд до Батума (3) и хозяин не выдаст мне вольную (4) буду работать и ждать.
Прочитайте текст и выполните задания 20-25.
(1) Брестская крепость. (2)Совсем недалеко она от Москвы: меньше суток идёт поезд. (З)Все, кто бывает в тех краях, обязательно приходят в крепость.
(4) 3десь громко не говорят: слишком оглушающими были дни сорок первого года и слишком многое помнят эти камни. (б)Сдержанные экскурсоводы сопровождают группы по местам боёв, и вы можете спуститься в подвалы 333-го полка, прикоснуться к оплавленным огнемётами кирпичам, пройти к Тереспольским и Холмским воротам или молча постоять под сводами бывшего костёла.
(6) Не спешите. (7)Вспомните. (8)И поклонитесь.
(9)В музее вам покажут оружие, которое когда-то стреляло, и солдатские башмаки, которые кто-то торопливо зашнуровывал ранним утром 22 июня. (10)Вам покажут личные вещи защитников и расскажут, как сходили с ума от жажды, отдавая воду детям... (11)И вы непременно остановитесь возле знамени — единственного знамени, которое пока нашли в крепости. (12)Но знамёна ищут.
(13) Ищут, потому что крепость не сдалась, и немцы не захватили здесь ни одного боевого стяга.
(14) Крепость не пала. (15)Крепость истекла кровью.
(16) Историки не любят легенд, но вам непременно расскажут о неизвестном защитнике, которого немцам удалось взять только на десятом месяце войны.
(17) На десятом, в апреле 1942 года. (18)Почти год сражался этот человек. (19)Год боёв в неизвестности, без соседей слева и справа, без приказов и тылов, без смены и писем из дома. (20)Время не донесло ни его имени, ни звания, но мы знаем, что это был советский солдат.
(21) Каждый год 22 июня Брестская крепость торжественно и печально отмечает начало войны. (22)Приезжают уцелевшие защитники, возлагаются венки, замирает почётный караул.
(23) Каждый год 22 июня самым ранним поездом приезжает в Брест старая женщина. (24)Она не спешит уходить с шумного вокзала и ни разу не была в крепости. (25)Она выходит на площадь, где у входа в вокзал висит мраморная плита:
С 22 ИЮНЯ ПО 2 ИЮЛЯ 1941 ГОДА ПОД РУКОВОДСТВОМ ЛЕЙТЕНАНТА НИКОЛАЯ (фамилия неизвестна) И СТАРШИНЫ ПАВЛА БАСНЕВА ВОЕННОСЛУЖАЩИЕ И ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИКИ ГЕРОИЧЕСКИ ОБОРОНЯЛИ ВОКЗАЛ.
(26) Целый день старая женщина читает эту надпись. (27)Стоит возле неё, точно в почётном карауле. (28)Уходит. (29)Приносит цветы. (30)И снова стоит, и снова читает. (31)Читает одно имя. (32)Семь букв: "НИКОЛАЙ".
(ЗЗ)Шумный вокзал живёт привычной жизнью. (34)Приходят и уходят поезда, дикторы объявляют, что люди не должны забывать билеты, гремит музыка, громко смеются люди. (35)И возле мраморной доски тихо стоит старая женщина.
(36) Не надо ей ничего объяснять: не так уж важно, где лежат наши сыновья.
(37) Важно только то, за что они сражались.
(По Б. Л. Васильеву*)
* Борис Львович Васильев (1924-2013) — русский писатель.
Задание 20.
Какие из высказываний противоречат содержанию текста? Укажите номера ответов.
1) Вторая мировая война началась с взятия Брестской крепости.
2) В Брестской крепости нет музея, где бы хранились реликвии времён Великой Отечественной войны: личные вещи защитников крепости сохранить не удалось.
3) Неизвестный советский солдат в одиночку защищал Брестскую крепость, и только на десятом месяце войны немцы смогли его взять: это произошло в апреле 1942 года.
4) Старая женщина ежегодно приезжает в Брест, но никогда не посещает крепость: она остаётся на вокзале.
5) Точных данных о защите Брестской крепости не осталось: всё обросло легендами.
Задание 21.
Какие из перечисленных утверждений являются верными? Укажите номера ответов.
1. Предложение 12 называют причину того, о чем говорится в предложении 13.
2. Предложение 22 раскрывает содержание предложения 21.
3. В предложениях 26-30 содержится повествование.
4. Предложения 33 и 34 противопоставлены по содержанию.
5. В предложениях 36, 37 представлено рассуждение.
Задание 22.
Из предложений 9-13 выпишите синонимы (синонимическую пару).
Задание 23.
Среди предложений 26-36 найдите такое(-ие), которое(-ые) связано(-ы) с предыдущим при помощи личного местоимения. Напишите намер(-а) этого(-их) предложения(-ий).
Прочитайте фрагмент рецензии, составленной на основе текста, который Вы анализировали, выполняя задания 20-23.
В этом фрагменте рассматриваются языковые особенности текста. Некоторые термины, использованные в рецензии, пропущены. Вставьте на месте пропусков (А, Б, В, Г) цифры, соответствующие номеру термина из списка. Запишите в таблицу под каждой буквой соответствующую цифру.
Последовательность цифр запишите в БЛАНК ОТВЕТОВ " 1 справа от номера задания 24, начиная с первой клеточки, без пробелов, запятых и других дополнительных символов.
Каждую цифру пишите в соответствии с приведенными в бланке образцами.
Задание 24.
Брестскую крепость автор описывает при помощи такого тропа, как (А)_____(„помнят эти камни" в предложении 4, „крепость истекла кровью" в предложении 15). Обращаясь к каждому из нас, Б. Л. Васильев использует синтаксическое средство — (Б)_______ (предложения 6-8), звучащее как совет человека, прошедшего войну. Сердце щемит, когда читаешь об утратившей на войне сына женщине, переживания которой автор передаёт с помощью таких приёмов, как (В)______ (предложения 21 и 23, 24 и 25) и (Г)______________________ (предложения 34 и 35).
Список терминов:
1) синонимы
2) противопоставление
3) эпитет
4) олицетворение
5) книжная лексика
6) анафора
7) односоставные предложения
8) риторическое восклицание
9) разговорная лексика
Задание 25.
Напишите со-чи-не-ние по про-чи-тан-но-му тексту.
Сфор-му-ли-руй-те и про-ком-мен-ти-руй-те одну из проблем, по-став-лен-ных ав-то-ром тек-ста (избегайте чрез-мер-но-го цитирования).
Сфор-му-ли-руй-те по-зи-цию ав-то-ра (рассказчика). Напишите, со-глас-ны или не со-глас-ны Вы с точ-кой зре-ния ав-то-ра про-чи-тан-но-го текста. Объ-яс-ни-те почему. Свой ответ аргументируйте, опи-ра-ясь в первую очередь на чи-та-тель-ский опыт, а также на зна-ния и жиз-нен-ные на-блю-де-ния (учитываются пер-вые два аргумента).
Объём со-чи-не-ния — не менее 150 слов.
Работа, на-пи-сан-ная без опоры на про-чи-тан-ный текст (не по дан-но-му тексту), не оценивается. Если со-чи-не-ние пред-став-ля-ет собой пе-ре-ска-зан-ный или пол-но-стью пе-ре-пи-сан-ный ис-ход-ный текст без каких бы то ни было комментариев, то такая ра-бо-та оце-ни-ва-ет-ся нулём баллов.
Сочинение пи-ши-те аккуратно, раз-бор-чи-вым почерком.
Ответы.
1 - 23 или 32
2 - ведь
3 - 2
4 - мозаичный
5 - красящий
6 - макарон
7 - 29875
8 - забираться
9 - розысксызмала или сызмаларозыск
10 - продлевать
11 - строимый
12 - негодовали
13 - впоследствииснова или сновавпоследствии
14 - 12 или 21
15 - 15 или 51
16 - 34 или 43
17 - 1234 или любая другая последовательность цифр
18 - 14 или 41
19 - 124 или любая другая последовательность цифр
20 - 125 или любая другая последовательность цифр
21 - 235 или любая другая последовательность цифр
22 - знаменистяга или стягазнамени
23 - 2736 или 3627
24 - 4762
25. Примерный круг проблем
1. Проблема памяти о Великой Отечественной войне. (Почему люди хранят память о событиях 1941-1945 годов?)
2. Проблема мужества солдат на войне. (В чем проявлялось мужество солдат в годы войны?)
3. Проблема силы родительской любви. (Насколько сильна родительская любовь?)
1. Люди до сих пор помнят события Великой Отечественной войны, ведь в те годы погибло множество солдат, героически сражавшихся за свою Родину. Помнят созидатели и посетители музеев, помнят участники почетного караула, помнят родители, потерявшие детей.
2. О мужестве солдат можно судить по тем подвигам, которые они совершали в годы войны: жертвуя своими жизнями, преодолевая голод и жажду, самоотврженно защищая Брестскую крепость, обороняя вокзал Бреста.
3. Родители способны настолько сильно любить своих детей, что даже после смерти сыновей ежегодно приезжают к месту их гибели, чтобы почтить память о них.
Теоретическая конструкция в физике, называемая Стандартной моделью, описывает взаимодействия всех известных науке элементарных частиц. Но это всего 5% существующего во Вселенной вещества, остальные же 95% имеют совершенно неизвестную природу. Что представляет из себя эта гипотетическая темная материя и как ученые пытаются ее обнаружить? Об этом в рамках спецпроекта рассказывает Айк Акопян, студент МФТИ и сотрудник кафедры физики и астрофизики.
Стандартная модель элементарных частиц, окончательно подтвержденная после обнаружения бозона Хиггса, описывает фундаментальные взаимодействия (электрослабое и сильное) известных нам обычных частиц: лептонов, кварков и переносчиков взаимодействия (бозонов и глюонов). Однако оказывается, что вся эта огромная сложная теория описывает лишь около 5–6% всей материи, тогда как остальная часть в эту модель никак не вписывается. Наблюдения самых ранних моментов жизни нашей Вселенной показывают нам, что примерно 95% материи, которая окружает нас, имеет совершенно неизвестную природу. Иными словами, мы косвенно видим присутствие этой скрытой материи из-за ее гравитационного влияния, однако напрямую поймать ее пока не удавалось. Это явление скрытой массы получило кодовое название «темная материя».
Современная наука, особенно космология, работает по дедуктивному методу Шерлока Холмса
Сейчас основным кандидатом из группы WISP является аксион, возникающий в теории сильного взаимодействия и имеющий очень малую массу. Такая частица способна в больших магнитных полях превращаться в фотон-фотонную пару, что дает намеки на то, как можно попробовать ее обнаружить. В эксперименте ADMX используют большие камеры, где создается магнитное поле в 80000 гаусс (это в 100000 раз больше магнитного поля Земли). Такое поле в теории должно стимулировать распад аксиона на фотон-фотонную пару, которую и должны поймать детекторы. Несмотря на многочисленные попытки, пока обнаружить WIMP, аксионы или стерильные нейтрино не удалось.
Таким образом, мы пропутешествовали через огромное количество различных гипотез, стремящихся объяснить странное наличие скрытой массы, и, откинув с помощью наблюдений все невозможное, пришли к нескольким возможным гипотезам, с которыми уже можно работать.
Отрицательный результат в науке - это тоже результат, так как он дает ограничение на различные параметры частиц, например отсеивает диапазон возможных масс. Из года в год все новые и новые наблюдения и эксперименты в ускорителях дают новые, более строгие ограничения на массу и другие параметры частиц темной материи. Таким образом, выкидывая все невозможные варианты и сужая круг поисков, мы день ото дня становимся все ближе к понимаю, из чего же все-таки состоит 95% материи в нашей Вселенной.
Статьях цикла мы рассмотрели устройство видимой Вселенной. Поговорили о ее структуре и частицах, которые формируют эту структуру. О нуклонах, играющих главную роль, поскольку именно из них состоит всё видимое вещество. О фотонах, электронах, нейтрино, а также о второстепенных актерах, занятых во вселенском спектакле, что разворачивается 14 миллиардов лет, прошедших с момента Большого взрыва. Казалось бы, рассказывать больше не о чем. Но это не так. Дело в том, что видимое нами вещество — лишь малая часть того, из чего состоит наш мир. Все остальное — нечто, о чем мы почти ничего не знаем. Это загадочное «нечто» получило название темной материи.
Если бы тени предметов зависели не от величины сих последних,
а имели бы свой произвольный рост, то, может быть,
вскоре не осталось бы на всем земном шаре ни одного светлого места.
Козьма Прутков
Что будет с нашим миром?
После открытия в 1929 году Эдвардом Хабблом красного смещения в спектрах удаленных галактик стало ясно, что Вселенная расширяется. Одним из вопросов, возникших в этой связи, был следующий: как долго будет продолжаться расширение и чем оно закончится? Силы гравитационного притяжения, действующие между отдельными частями Вселенной, стремятся затормозить разбегание этих частей. К чему торможение приведет — зависит от суммарной массы Вселенной. Если она достаточно велика, силы тяготения постепенно остановят расширение и оно сменится сжатием. В результате Вселенная в конце концов опять «схлопнется» в точку, из которой когда-то начала расширяться. Если же масса меньше некоторой критической массы, то расширение будет продолжаться вечно. Обычно принято говорить не о массе, а о плотности, которая связана с массой простым соотношением, известным из школьного курса: плотность есть масса, деленная на объем.
Расчетное значение критической средней плотности Вселенной примерно 10 -29 граммов на кубический сантиметр, что соответствует в среднем пяти нуклонам на кубический метр. Следует подчеркнуть, что речь идет именно о средней плотности. Характерная концентрация нуклонов в воде, земле и в нас с вами составляет около 10 30 на кубический метр. Однако в пустоте, разделяющей скопления галактик и занимающей львиную долю объема Вселенной, плотность на десятки порядков ниже. Значение концентрации нуклонов, усредненное по всему объему Вселенной, десятки и сотни раз измеряли, тщательно подсчитывая разными методами количества звезд и газопылевых облаков. Результаты таких измерений несколько различаются, но качественный вывод неизменен: значение плотности Вселенной едва дотягивает до нескольких процентов от критической.
Поэтому вплоть до 70-х годов XX столетия общепринятым был прогноз о вечном расширении нашего мира, которое неизбежно должно привести к так называемой тепловой смерти. Тепловая смерть — это такое состояние системы, когда вещество в ней распределено равномерно и разные ее части имеют одну и ту же температуру. Как следствие, невозможна ни передача энергии от одной части системы к другой, ни перераспределение вещества. В такой системе ничего не происходит и никогда уже не сможет произойти. Наглядной аналогией служит вода, разлитая по какой-либо поверхности. Если поверхность неровная и есть хотя бы небольшие перепады высот, вода перемещается по ней с более высоких мест на более низкие и в конце концов собирается в низинах, образуя лужи. Движение прекращается. Оставалось утешаться только тем, что тепловая смерть наступит через десятки и сотни миллиардов лет. Следовательно, еще очень-очень долго об этой мрачной перспективе можно не задумываться.
Однако постепенно стало ясно, что истинная масса Вселенной намного больше видимой массы, заключенной в звездах и газопылевых облаках и, скорее всего, близка к критической. А возможно, в точности равна ей.
Свидетельства существования темной материи
Первое указание на то, что с подсчетом массы Вселенной что-то не так, появилось в середине 30-х годов XX века. Швейцарский астроном Фриц Цвикки измерил скорости, с которыми галактики скопления Волосы Вероники (а это одно из самых больших известных нам скоплений, оно включает в себя тысячи галактик) движутся вокруг общего центра. Результат получился обескураживающим: скорости галактик оказались гораздо больше, чем можно было ожидать, исходя из наблюдаемой суммарной массы скопления. Это означало, что истинная масса скопления Волосы Вероники гораздо больше видимой. Но основное количество материи, присутствующей в этой области Вселенной, остается по каким-то причинам невидимой и недоступной для прямых наблюдений, проявляя себя только гравитационно, то есть только как масса.
О наличии скрытой массы в скоплениях галактик свидетельствуют также эксперименты по так называемому гравитационному линзированию. Объяснение этого явления следует из теории относительности. В соответствии с ней, любая масса деформирует пространство и подобно линзе искажает прямолинейный ход лучей света. Искажение, которое вызывает скопление галактик, столь велико, что его легко заметить. В частности, по искажению изображения галактики, которая лежит за скоплением, можно рассчитать распределение вещества в скоплении-линзе и измерить тем самым его полную массу. И оказывается, что она всегда во много раз больше, нежели вклад видимого вещества скопления.
Через 40 лет после работ Цвикки, в 70-е годы, американский астроном Вера Рубин изучала скорости вращения вокруг галактического центра вещества, расположенного на периферии галактик. В соответствии с законами Кеплера (а они напрямую следуют из закона всемирного тяготения), при движении от центра галактики к ее периферии скорость вращения галактических объектов должна убывать обратно пропорционально квадратному корню из расстояния до центра. Измерения же показали, что для многих галактик эта скорость остается почти постоянной на весьма значительном удалении от центра. Эти результаты можно истолковать только одним способом: плотность вещества в таких галактиках не убывает при движении от центра, а остается почти неизменной. Поскольку плотность видимого вещества (содержащегося в звездах и межзвездном газе) быстро падает к периферии галактики, недостающую плотность должно обеспечивать нечто, чего мы по каким-то причинам увидеть не можем. Для количественного объяснения наблюдаемых зависимостей скорости вращения от расстояния до центра галактик требуется, чтобы этого невидимого «чего-то» было примерно в 10 раз больше, чем обычного видимого вещества. Это «нечто» получило название «темная материя» (по-английски «dark matter ») и до сих пор остается самой интригующей загадкой в астрофизике.
Еще одно важное свидетельство присутствия темной материи в нашем мире приходит из расчетов, моделирующих процесс формирования галактик, который начался примерно через 300 тысяч лет после начала Большого взрыва. Эти расчеты показывают, что силы гравитационного притяжения, которые действовали между разлетающимися осколками возникшей при взрыве материи, не могли скомпенсировать кинетической энергии разлета. Вещество просто не должно было собраться в галактики, которые мы тем не менее наблюдаем в современную эпоху. Эта проблема получила название галактического парадокса, и долгое время ее считали серьезным аргументом против теории Большого взрыва. Однако если предположить, что частицы обычного вещества в ранней Вселенной были перемешаны с частицами невидимой темной материи, то в расчетах всё становится на свои места и концы начинают сходиться с концами — формирование галактик из звезд, а затем скоплений из галактик становится возможным. При этом, как показывают вычисления, сначала в галактики скучивалось огромное количество частиц темной материи и только потом, за счет сил тяготения, на них собирались элементы обычного вещества, общая масса которого составляла лишь несколько процентов от полной массы Вселенной. Получается, что знакомый и, казалось бы, изученный до деталей видимый мир, который мы совсем недавно считали почти понятым, — только небольшая добавка к чему-то, из чего в действительности состоит Вселенная. Планеты, звезды, галактики да и мы с вами — всего лишь ширма для громадного «нечто», о котором мы не имеем ни малейшего представления.
Фотофакт
Скопление галактик (в левой нижней части участка, обведенного кружком) создает гравитационную линзу. Она искажает форму расположенных за линзой объектов — вытягивая их изображения в одном направлении. По величине и направлению вытягивания международная группа астрономов из Южной Европейской обсерватории, возглавляемая учеными из парижского Института астрофизики, построила распределение масс, которое и показано на нижнем изображении. Как видно, в скоплении сосредоточено гораздо больше массы, нежели удается разглядеть в телескоп.
Охота на темные массивные объекты — дело небыстрое, и на фотографии результат выглядит не самым эффектным образом. В 1995 году телескоп «Хаббл» заметил, что одна из звездочек Большого Магелланова облака вспыхнула ярче. Это свечение продолжалось три с лишним месяца, но потом звезда вернулась к своему естественному состоянию. А шесть лет спустя рядом со звездой появился какой-то едва светящийся объект. Это и был холодный карлик, который, проходя на расстоянии 600 световых лет от звезды, создал гравитационную линзу, усиливающую свет. Расчеты показали, что масса этого карлика составляет всего 5-10% от массы Солнца.
Наконец, общая теория относительности однозначно связывает темп расширения Вселенной со средней плотностью вещества, заключенного в ней. В предположении о том, что средняя кривизна пространства равна нулю, то есть в нем действует геометрия Эвклида, а не Лобачевского (что надежно проверено, например, в экспериментах с реликтовым излучением), эта плотность должна быть равна 10 -29 граммам на кубический сантиметр. Плотность же видимого вещества примерно в 20 раз меньше. Недостающие 95% от массы Вселенной и есть темная материя. Обратите внимание, что измеренное из скорости расширения Вселенной значение плотности равно критическому. Два значения, независимо вычисленные совершенно разными способами, совпали! Если в действительности плотность Вселенной в точности равна критической, это не может быть случайным совпадением, а представляет собой следствие какого-то фундаментального свойства нашего мира, которое еще предстоит понять и осмыслить.
Что это?
Что же мы знаем сегодня о темной материи, составляющей 95% массы Вселенной? Почти ничего. Но что-то всё же знаем. Прежде всего, нет никаких сомнений в том, что темная материя существует — об этом неопровержимо свидетельствуют факты, приведенные выше. А еще нам доподлинно известно, что темная материя существует в нескольких формах. После того как к началу XXI века в результате многолетних наблюдений в экспериментах SuperKamiokande (Япония) и SNO (Канада) было установлено, что у нейтрино масса есть, стало ясно, что от 0,3% до 3% из 95% скрытой массы заключается в давно знакомых нам нейтрино — пусть масса их чрезвычайно мала, но количество во Вселенной примерно в миллиард раз превышает количество нуклонов: в каждом кубическом сантиметре содержится в среднем 300 нейтрино. Оставшиеся 92-95% состоят из двух частей — темной материи и темной энергии. Незначительную долю темной материи составляет обычное барионное вещество, построенное из нуклонов, за остаток отвечают, по-видимому, какие-то неизвестные массивные слабовзаимодействующие частицы (так называемая холодная темная материя). Баланс энергий в современной Вселенной представлен в таблице, а рассказ о ее трех последних графах — ниже.
Барионная темная материя
Небольшая (4-5%) часть темной материи — это обычное вещество, которое не испускает или почти не испускает собственного излучения и поэтому невидимо. Существование нескольких классов таких объектов можно считать экспериментально подтвержденным. Сложнейшие эксперименты, основанные всё на том же гравитационном линзировании, привели к открытию так называемых массивных компактных галообъектов, то есть расположенных на периферии галактических дисков. Для этого потребовалось следить за миллионами удаленных галактик в течение нескольких лет. Когда темное массивное тело проходит между наблюдателем и далекой галактикой, ее яркость на короткое время уменьшается (или увеличивается, поскольку темное тело выступает в роли гравитационной линзы). В результате кропотливых поисков такие события были выявлены. Природа массивных компактных галообъектов ясна не до конца. Скорее всего, это либо остывшие звезды (коричневые карлики), либо планетоподобные объекты, не связанные со звездами и путешествующие по галактике сами по себе. Еще один представитель барионной темной материи — недавно обнаруженный в галактических скоплениях методами рентгеновской астрономии горячий газ, который не светится в видимом диапазоне.
Небарионная темная материя
В качестве главных кандидатов на небарионную темную материю выступают так называемые WIMP (сокращение от английского Weakly Interactive Massive Particles — слабовзаимодействующие массивные частицы). Особенность WIMP состоит в том, что они почти никак не проявляют себя во взаимодействии с обычным веществом. Именно поэтому они и есть самая настоящая невидимая темная материя, и именно поэтому их чрезвычайно сложно обнаружить. Масса WIMP должна быть как минимум в десятки раз больше массы протона. Поиски WIMP ведутся во многих экспериментах в течение последних 20-30 лет, но, несмотря на все усилия, они до сих пор обнаружены не были.
Одна из идей состоит в том, что если такие частицы существуют, то Земля в своем движении вместе с Солнцем по орбите вокруг центра Галактики должна лететь сквозь дождь, состоящий из WIMP. Несмотря на то что WIMP представляет собой чрезвычайно слабо взаимодействующую частицу, какая-то очень малая вероятность провзаимодействовать с обычным атомом у нее всё же есть. При этом в специальных установках — очень сложных и дорогостоящих — может быть зарегистрирован сигнал. Количество таких сигналов должно меняться в течение года, поскольку, двигаясь по орбите вокруг Солнца, Земля меняет свою скорость и направление движения относительно ветра, состоящего из WIMP. Экспериментальная группа DAMA, работающая в итальянской подземной лаборатории Гран-Сассо, сообщает о наблюдаемых годичных вариациях скорости счета сигналов. Однако другие группы пока не подтверждают этих результатов, и вопрос, по существу, остается открытым.
Другой метод поиска WIMP основан на предположении о том, что в течение миллиардов лет своего существования различные астрономические объекты (Земля, Солнце, центр нашей Галактики) должны захватывать WIMP, которые накапливаются в центре этих объектов, и, аннигилируя друг с другом, рождать поток нейтрино. Попытки детектирования избыточного нейтринного потока из центра Земли в направлении к Солнцу и к центру Галактики были предприняты на подземных и подводных нейтринных детекторах MACRO, LVD (лаборатория Гран-Сассо), NT-200 (озеро Байкал, Россия), SuperKamiokande, AMANDA (станция Скотт-Амундсен, Южный полюс), но пока не привели к положительному результату.
Эксперименты по поиску WIMP активно проводят также на ускорителях элементарных частиц. В соответствии со знаменитым уравнением Эйнштейна Е=mс 2 , энергия эквивалентна массе. Следовательно, ускорив частицу (например, протон) до очень высокой энергии и столкнув ее с другой частицей, можно ожидать рождения пар других частиц и античастиц (в том числе WIMP), суммарная масса которых равна суммарной энергии сталкивающихся частиц. Но и ускорительные эксперименты пока не привели к положительному результату.
Темная энергия
В начале прошлого века Альберт Эйнштейн, желая обеспечить космологической модели в общей теории относительности независимость от времени, ввел в уравнения теории так называемую космологическую постоянную, которую обозначил греческой буквой «лямбда» — Λ. Эта Λ была чисто формальной константой, в которой сам Эйнштейн не видел никакого физического смысла. После того как было открыто расширение Вселенной, надобность в ней отпала. Эйнштейн очень жалел о своей поспешности и называл космологическую постоянную Λ своей самой большой научной ошибкой. Однако спустя десятилетия выяснилось, что постоянная Хаббла, которая определяет темп расширения Вселенной, меняется со временем, причем ее зависимость от времени можно объяснить, подбирая величину той самой «ошибочной» эйнштейновской постоянной Λ, которая вносит вклад в скрытую плотность Вселенной. Эту часть скрытой массы и стали называть «темная энергия».
О темной энергии можно сказать еще меньше, чем о темной материи. Во-первых, она равномерно распределена по Вселенной, в отличие от обычного вещества и других форм темной материи. В галактиках и скоплениях галактик ее столько же, сколько вне их. Во-вторых, она обладает несколькими весьма странными свойствами, понять которые можно, лишь анализируя уравнения теории относительности и интерпретируя их решения. Например, темная энергия испытывает антигравитацию: за счет ее присутствия темп расширения Вселенной растет. Темная энергия как бы расталкивает саму себя, ускоряя при этом и разбегание обычной материи, собранной в галактиках. А еще темная энергия обладает отрицательным давлением, благодаря которому в веществе возникает сила, препятствующая его растяжению.
Главный кандидат на роль темной энергии — вакуум. Плотность энергии вакуума не изменяется при расширении Вселенной, что и соответствует отрицательному давлению. Еще один кандидат — гипотетическое сверхслабое поле, получившее название квинтэссенция. Надежды на прояснение природы темной энергии связывают прежде всего с новыми астрономическими наблюдениями. Продвижение в этом направлении, несомненно, принесет человечеству радикально новые знания, поскольку в любом случае темная энергия должна представлять собой совершенно необычную субстанцию, абсолютно непохожую на то, с чем имела дело физика до сих пор.
Итак, наш мир на 95% состоит из чего-то, о чем мы почти ничего не знаем. Можно по-разному относиться к такому не подлежащему никакому сомнению факту. Он может вызывать тревогу, которая всегда сопутствует встрече с чем-то неизвестным. Или огорчение, оттого что такой долгий и сложный путь построения физической теории, описывающей свойства нашего мира, привел к констатации: большая часть Вселенной скрыта от нас и неизвестна нам.
Но большинство физиков сейчас испытывают воодушевление. Опыт показывает, что все загадки, которые ставила перед человечеством природа, рано или поздно разрешались. Несомненно, разрешится и загадка темной материи. И это наверняка принесет совершенно новые знания и понятия, о которых мы пока не имеем никакого представления. И возможно, мы встретимся с новыми загадками, которые, в свою очередь, также будут разгаданы. Но это будет совсем другая история, которую читатели «Химии и жизни» смогут прочесть не раньше, чем через несколько лет. А может быть, и через несколько десятилетий.
Группа учёных из Кембриджского института астрономии впервые представила анализ физических характеристик тёмной материи. Они провели наблюдения за 12 карликовыми галактиками, которые окаймляют наш собственный Млечный путь.
Используя самые большие телескопы, группа составила детальные трёхмерные карты этих галактик, изучив движение их звёзд, чтобы «проследить» воздействие тёмной материи и попытаться составить представление о ней.
Оказалось, что в этих галактиках тёмной материи в 400 раз больше, чем материи нормальной. Но главное открытие, объявленное в рамках данного исследования, это температура тёмной материи. Астрономы рассчитали, что она нагрета до 10 тысяч градусов. В галактиках темная материя группируется, по выражению авторов исследования, в «волшебный объём» (magic volume): тёмная материя в 30 миллионов масс Солнца занимает пространство с поперечником в тысячу световых лет.
«Вы не можете упаковать это в меньший объём», - говорят исследователи. Ведь, по результатам расчётов, получается, что частицы тёмной материи движутся со скоростью 9 километров в секунду. Англичане сильно удивили коллег - прежние теоретические оценки давали прямо противоположную картину, то есть, холодную тёмную материю, с частицами, движущимися со скоростью несколько миллиметров в секунду.
Интересно, что кроме анализа свойств тёмной материи, наблюдение за галактиками-спутниками позволило астрономам Кембриджа точнее взвесить Млечный путь. Оказалось, он более массивен, чем считалось до сих пор и превосходит по массе Туманность Андромеды.
Если анализ из Кембриджа подтвердится, он окажет огромное влияние на космологию. Наличие более горячей тёмной материи означает, что ей тяжелее формировать маленькие галактики, но она действительно «помогает» создавать большие структуры.
Неравномерность реликтового фона является одной из загадок и одновременно - одним из ключей к пониманию развития Вселенной. Быть может, новые данные позволят и по иному подойти к разгадке пресловутой «Оси зла» (Axis of Evil) - статистической аномалии в микроволновом фоне, оставшемся после Большого взрыва.
«Ось зла» - она потому в глазах учёных такая «злая», что разрушает привычные представления об эволюции Вселенной. Считается, что «ось» отражает неравномерное распределение галактик, которые после Большого взрыва должны были бы разбегаться «во все стороны» равномерно.
У учёных, кроме наблюдения за галактиками, остаётся ещё шанс выяснить свойства тёмной материи в экспериментах на ускорителях. Или даже поймать эти частицы тёмной материи в детекторах, спрятанных в глубоких шахтах.
В то же время, появляются сообщения, согласно которым тёмной материи и вовсе может не быть.
Джоэл Браунштейн (Joel Brownstein) и Джон Моффат (John Moffat) из канадского института теоретической физики (Perimeter Institute for Theoretical Physics) придумали теорию скаляр-тензор-векторной гравитации (scalar-tensor-vector gravity - STVG), добавив квантовые эффекты к общей теории относительности.
Эта новая теория, якобы, прекрасно согласуется с наблюдаемым поведением групп галактик, без необходимости прибегать к «тёмной материи». И даже так называемой «изменённой ньютоновой динамики» - ещё одной современной вариации картины мира, предполагающей существование сразу двух видов гравитации, сила действия одной из которых убывает с квадратом расстояния, а другой - линейна.
У Браунштейна и Моффата ничего этого нет, зато есть гравитоны, которые рождаются из вакуума, причём наиболее интенсивно там, где концентрируются большие массы (в центрах галактик).
То есть, по данной гипотезе, два килограмма массы на расстоянии в метр будут притягиваться друг к другу сильнее, если они находятся вблизи центра галактики; в сравнении с ситуацией, когда те же самые два килограмма парят друг рядом с другом, но - на её окраине.
А как тогда быть с ужасной «осью зла», якобы являющейся следом скрытой силы, деформировавшей Вселенную? Оказывается, и тут есть альтернативное объяснение.
Крис Вале (Chris Vale) из американской лаборатории Ферми (Fermi National Accelerator Laboratory) и университета Калифорнии (University of California, Berkeley) объясняет аномалию слабым линзированием микроволнового фона.
