Ирина Радунская - Безумные идеи
Здесь ученые заходят в тупик. Существование антивещества очевидно, но что же можно сказать об антимире? Может быть, антимир находится где-то за пределами видимости и он отличается от нашего мира тем же, чем отличается изображение человека в зеркале от него самого? Существует ли на самом деле потрясающий воображение сказочный «мир наоборот», мир, состоящий из антиводорода и других антиэлементов? Есть ли где-нибудь удивительные антигорода, в которых милиционеры не штрафуют за левое движение транспорта, но не потому, что там, как в Англии, принято такое направление движения, а потому, что жители антимира считают правым то, что у нас считается левым? Так ли все это – проверить пока невозможно. Известно лишь, что при встрече частицы и античастицы обе они исчезают, превращаясь в другой вид материи. Поэтому-то в нашем мире, насыщенном обычными частицами, античастицы не могут жить долго.
Как это происходит, ученые поняли. Но почему? Вопрос, почему наш мир не симметричен, почему вещество в нем преобладает над антивеществом, до сих пор остается открытым. До сих пор никто из ученых так и не знает, почему имеется такое несоответствие в количестве материи и антиматерии в нашей вселенной...
Когда-то французский ученый Блез Паскаль то ли в шутку, то ли всерьез заметил: «Будь нос Клеопатры короче, переменился бы весь облик Земли».
Чепуха, не правда ли? Значит, будь у Клеопатры или иной красавицы нос других габаритов, Ньютон не создал бы теории тяготения, а Эйнштейн – теории относительности, на Земле могли прекратиться приливы и отливы, а Солнце перестало бы светить? Глупости, конечно...
Однако если понимать высказывание Паскаля не столь буквально, не так уж прямолинейно, в нем можно обнаружить здравый смысл. В мире действительно ничто не проходит бесследно. Все, что ни случается, так или иначе влияет на окружающее, оставляет большой или малый, заметный или не сразу приметный след. Все, что ни случается в природе, способно изменить лицо Земли и всего мира.
Не удивительно, что нас не перестает занимать вопрос: какая причина сделала мир таким, каким мы видим его сегодня?
Почему вокруг нас находится лишь вещество в виде частиц и никто не видел ни звезд, ни галактик из античастиц?
Доверять ли случаю?
Существует мнение, сваливающее вину на случай. Не зная других путей решения проблемы антивещества, многие ученые считают, что случайно в течение развития мира в нашей области вселенной скопилось больше частиц, чем античастиц. Так же случайно, как случайно людей с левым сердцем больше, чем с правым. Но можно допустить, что где-то на других планетах живут в основном обладатели правых сердец.
Защитникам его величества случая только и оставалось предположить, что где-то в другом месте вселенной так же случайно образовался антимир с преобладанием античастиц. А в среднем в силу симметрии число частиц и античастиц, количество вещества и антивещества по всей вселенной одинаково.
Эта точка зрения мирила многих ученых. Но, увы, она встречает по крайней мере две большие трудности, которые и не давали ученым успокоиться и удовлетвориться этим объяснением. Одна из них напоминает, что до сих пор все же никому не удавалось наблюдать во всей видимой области вселенной ни одной антигалактики. В составе космических частиц, прилетающих на Землю из глубин вселенной, тоже не обнаружены античастицы. Если бы в нашем мире, состоящем из вещества, появилась кучка антивещества, оно тотчас бы испарилось, как говорят ученые, аннигилировало. То есть, вступив в реакцию с веществом, оно тотчас бы исчезло, как превращаются при сложении в нуль одинаковые количества положительных и отрицательных единиц. Но исчезло бы самым заметным образом. Если бы на космических дорогах встретились мир и антимир, они бы вступили в реакцию и их встреча сопровождалась взрывом, который не могли бы не заметить ученые.
Зная это, исследователи с большим вниманием наблюдали за особенно яркими небесными объектами, яркими в световых или радиолучах. И вот однажды – это было в начале пятидесятых годов – астрономы нашли исключительно мощный источник радиоволн. Он находился в созвездии Лебедя. Причем в сильные телескопы были видны два особенно ярких пятна. Возникло предположение, что это две столкнувшиеся лоб в лоб галактики. Столкновение их и вызвало всплеск мощного радиоизлучения. Но нашлись несогласные, которые ухватились за этот пример, иллюстрирующий, по их мнению, столкновение не просто двух галактик, но галактики и антигалактики! Единственно аргументированным возражением оказалось то, что этот объект излучает лишь мощные радиоволны, тогда как оптическое излучение от него очень слабо. Если бы было справедливо мнение о столкновении двух антимиров, излучение было бы мощно по всему частотному спектру.
Итак, первая трудность осталась неразрешенной. И все же прямого опровержения идеи антимира из нее не вытекало.
Вторая трудность заключалась в следующем. Вычисления показали, что средняя плотность вещества в мировом пространстве крайне невелика. Звезды во вселенной так редки, что, по словам одного ученого, «оставьте живыми только трех пчел во всей Европе, и воздух Европы будет все-таки больше наполнен пчелами, чем пространство звездами». А межзвездный водород, планеты, метеоры, пыль – все это вместе имеет такую ничтожную плотность, что добавляет к этой «пустоте» очень немного.
Усреднив всю массу известного вещества по пространству, ученые получили весьма малую величину. Но весь опыт физики показывает, что большие отклонения от среднего в природе маловероятны. Так как же могло случиться, что на фоне почти полной пустоты, на фоне ничтожной плотности материи в мировом пространстве вдруг возникли огромные всплески и вещество смогло собраться в такие мощные сгустки, как звезды?
Навряд ли все это можно приписать случаю. Если считать, что в нашей вселенной звезды и галактики – это лишь случайные отклонения от какого-то среднего, очень разреженного распределений материи в мировом пространстве, то трудно предположить, чтобы это отклонение было так велико. Такие случайные отклонения очень маловероятны. Возникновение звезд не случайно, а закономерно, хотя закономерность их рождения и развития еще далеко не познана.
Непойманный вор
Итак, преобладание вещества над антивеществом во вселенной не случайно. Размышления над этой загадкой привели Понтекорво и Смородинского к удивительной гипотезе. Им и ряду других исследователей представляется возможным, что когда-то, на более ранней стадии развития вселенной, плотность материи в природе была много большей, чем наблюдаемая теперь. Тогда не было такого разрыва между «пустотой» и звездами.
Но за счет какого же вещества плотность материи была больше? Что это за загадочное вещество, о котором до сих пор никто ничего не знал, и куда оно делось?
Ученые никогда не смогли бы ответить на этот вопрос, не случись три десятка лет назад одно маловажное на первый взгляд событие. Наблюдая самопроизвольное испускание электронов атомным ядром (бета-распад), исследователи с удивлением обнаружили, что электроны уносили из ядра меньшую энергию, чем следовало. Какая-то часть энергии как бы терялась.
Незыблемый закон сохранения энергии гласит, что энергия не возникает из ничего и не превращается в ничто. Во что же превратилась недостающая энергия при бета-распаде? В ничто, говорили приборы, потому что, кроме электронов и испустивших их ядер, они больше ничего не замечали.
Может быть, закон сохранения энергии неверен, может быть, придется отказаться от него? – всерьез прикидывали некоторые ученые. Но как отказаться от закона, на котором зиждется вся современная наука? Это было не так-то просто.
Конечно, большинство понимало, что основные законы природы не могут нарушаться. Возможно, что то неладно в постановке эксперимента? Или в его объяснении?..
Но опыты были точными и совершенно надежными. Все проверки приводили к тому, что законы сохранения нарушаются, или... или, заявил в 1931 году известный швейцарский физик-теоретик Вольфганг Паули, в реакции участвует еще одна частица, которая остается незамеченной. Она-то и уносит избыточную энергию и импульс, недостающие у тех частиц, которые регистрируются приборами.
Так ученые напали на след загадочной частицы невидимки, которую два года спустя Ферми назвал нежным словом «нейтрино», что означает приблизительно «нейтральная малютка». С тех пор нейтрино окончательно приобрели права гражданства. Войдя в науку на кончике пера физика-теоретика, они впоследствии оказались необходимыми для объяснения многих процессов, происходящих в микромире. В дальнейшем, наблюдая не только бета-распад, но и другие взаимодействия между элементарными частицами, физики-экспериментаторы часто убеждались в потере энергии. Но теперь это не беспокоило их. Они знали о существовании нейтрино – непойманного вора энергии.