Вернемся к нашим
Но для начала представим себе грузик, подвешенный на пружинке (см. анимацию 1).
На все это дело действует гравитация, ну, например, Земли (внизу). Бóльшая масса грузика, очевидно, приведет к бóльшему растяжению пружинки, а значит грузик подойдет ближе к Земле, в сравнении с грузиком меньшей массы. При этом, в обоих случаях при обратном сжатии пружинки вернутся в одинаковое начальное положение. В этой простой модели растяжение пружинки соответствует действию гравитации по сжиманию барионов в «ранней вселенской манной каше», а обратное сжатие пружинки — это противодействие гравитации со стороны фотонов (за счет давления фотонного газа, как сказали бы умные дяди).
Нечетные пики (1,3,5,…) характеризуют максимальное растяжение пружинки — чем больше барионов во Вселенной (больше растяжение), тем больше амплитуда пиков. В то же время, четные пики (2,4,6,…) описывают максимальное сжатие пружинки. Поэтому отношение нечетных к четным пикам показывает количество барионного вещества в ранней Вселенной.
Тут возникает проблемка.
Если представить, что Вселенная состоит только из барионного вещества, то не нарушая другие космологические соотношения, его количества не хватит для описания пиков в спектре мощности. С другой стороны, если ввести новый компонент, дать ему кликбейтное название «темная материя», и предположить что она может взаимодействовать со всем только за счет гравитации (не испытывает давление со стороны фотончиков в «первичной манной каше»), то при определенном его значении ваша моделька «удивительным» образом начинает совпадать с наблюдениями. Основной эффект введения «темной материи» - это увеличение амплитуды третьего пика по сравнению со вторым. Побочный — амплитуда других пиков тоже меняется, но гораздо слабее. Поэтому, если у вас есть хорошо измеренные три пика, то можно очень точно измерить количество барионной и «темной» материй.
А теперь вернемся к первому пику и кривизне пространства.
Если приближенно и на пальцах, то материя искривляет пространство (спасибо, Эйнштейн). Чем больше в вашей Вселенной материи, тем более искривлено пространство (положительная кривизна). Малое же количество материи приводит к отрицательной кривизне. И только определенное количество материи приводит к плоской кривизне.
Собственно, к чему это я все?
Так как по первому пику мы оценили что наше пространство должно быть плоским, мы можем с помощью ОТО посчитать сколько материи нужно для этого. Получили число А. С другой стороны, мы можем посчитать сколько у нас барионной (обычной) и «темной» материи по анализу последующих пиков. Посчитали, сложили, получили число B. Вышло A>B! Не сходится, причем достаточно сильно не сходится. Кто-то вспомнил про наблюдения сверхновых в далеких галактиках, которые показали что Вселенная расширяется с ускорением. За это дело дали нобелевскую премию, а «темную энергию» сделали ответственной. Если ее добавить, то получим A!
В результате получаем что наша Вселенная состоит из ~5% обычной материи, ~27% темной материи и ~68% темной энергии.
Есть много моделей темной материи, но самая удачная пока — «холодная темная материя» (холодная = нерелятивистская). Хотя мы пока не обнаружили ее частицы. Продолжаем наблюдение.. Насчет темной энергии понятно еще меньше. Вроде как это энергия самого вакуума, но тут я не специалист. Интересно, что в уравнениях Эйнштейна, описывающих Вселенную, им самим была введена постоянная лямбда, для противодействия гравитации и создания модели стационарной Вселенной. Потом он ее выбросил когда стало понятно, что Вселенная расширяется, но вот теперь эту лямбду вернули обратно для описания «темной энергии».
Поэтому самая современная и удачная космологическая модель зовется ΛCDM — Lambda Cold Dark Matter — результат вековой работы по уточнению теории большого взрыва.
Есть еще много всего интересного в реликтовом излучении, но на это не хватит никакого времени. Возможно, мы вернемся к этому когда-нибудь в будущем, а пока с космологическим ликбезом закончим.
Все, выдохнули…