Ирина Радунская - Безумные идеи
Как дальше пойдет научная эстафета? Кто будет первым? В этом соревновании не будет побежденных. Гарин был не прав – выиграют все!
Где искать антивещество?
И вот мы в мире,
исполненном умопостижимой красоты.
Никола МАЛЬБРАНШ
Мир в зеркале
Их было несколько, молодых физиков, – слава и надежда итальянской науки, которых фашизм раскидал по свету. Самый старший, знаменитый Энрико Ферми, «папа» Ферми, уехал в Америку и все силы отдал созданию первого атомного реактора и первой атомной бомбы. Самый младший...
«Со времени исчезновения семьи Понтекорво прошло теперь уже больше трех лет. Никто от них не получал ни слова. Никто их не видел. Родные их уверяют, что им ничего о них не известно... И подумать только, что все это происходит в двадцатом столетии!» – писала в 1958 году Лаура Ферми о самом младшем – о талантливом красивом Бруно Понтекорво, любителе спорта, блестящем физике.
Итальянские ученые-эмигранты уверяют теперь, что знали о нем все, кроме того, что он и его жена шведка Марианна Нордблом – коммунисты. Поэтому они не могли понять, зачем их веселый и, казалось, всегда беззаботный друг в 1955 году уехал в Советский Союз.
А Понтекорво между тем не делал секрета из своих политических убеждений. Он не скрывал, что с 1936 года был антифашистом, что хочет работать над мирным использованием атомной энергии.
После этих событий прошло много лет. Под Москвой, в Дубне, в Объединенном институте ядерных исследований, трудится замечательный коллектив физиков многих национальностей. Среди них – Бруно Понтекорво, чей талант расцвел во всем его великолепии. Итальянский ученый – действительный член Академии наук СССР, автор многих выдающихся научных работ.
И одна из самых своеобразных среди них, одна из тех, в которых сочетаются опыт зрелого ума и вдохновение художника, разум и воображение, – гипотеза, по-новому осветившая загадочную историю мира и антимира.
В построение этой гипотезы внес вклад доктор физико-математических наук Я.А. Смородинекий и другие советские и зарубежные ученые.
...Симметрия мира – одно из самых впечатляющих представлений современной науки. Движение вправо и влево, вверх и вниз; левое и правое вращение винта, положительное и отрицательное... Каждое понятие в нашем мире имеет свою противоположность.
Идея о том, что левое и правое равноправны, что симметрия между левым и правым есть то же самое, что симметрия относительно зеркальных отражений (ведь при отражении в зеркале правая рука превращается в левую), эта идея восходит еще к Лейбницу. С тех пор ученые убеждены, что физические законы не отдают предпочтения ни левому, ни правому. Симметрия пространственных отражений говорит о том, что если существует некоторая частица, то обязательно должна существовать и частица, получаемая зеркальным отражением исходной. Если осуществляется некоторый процесс, то процесс, соответствующий его отражению в зеркале, также должен быть физически возможным.
Правда, если обратиться к биологии, можно найти видимое противоречие. Ведь у подавляющего большинства людей сердце находится слева! И все-таки этот пример не опровергает принципа зеркальной симметрии. Ведь встречаются же люди, у которых сердце расположено справа! Можно, конечно, возразить, что таких людей очень мало. Но это, уверяют биологи, объясняется простой случайностью. Это не нарушение фундаментального закона природы, а следствие сложившихся условий.
Итак, не удивительно, что люди пришли к убеждению, что все в мире симметрично.
И не только в мире, нас окружающем, но и во всей вселенной. (В связи с этим некоторые ученые даже начали ломать себе голову над таким вопросом: когда будет установлена радиосвязь с жителями далеких планет, как сообщить им, какой винт мы считаем правым, а какой левым? Нет буквально ни одного опыта, в котором бы выявилось объективное преимущество левого перед правым и правого перед левым.)
Но в мире элементарных частиц в этом отношении царила полная анархия. Мир крошечных сгустков материи долгое время обходился без симметрии. В нем властвовали только частицы. Почему? Существуют ли зеркальные отображения электронов, протонов и нейтронов? И могут ли, должны ли они существовать?
Пытаясь ответить на эти вопросы, ученые, сами того не подозревая, расшатывали прочное здание установившихся в науке принципов.
Как, что и почему
Старая поговорка «о вкусах не спорят» относится не только к гастрономическим интересам, к области искусства или вопросам моды. Она с равным успехом управляет трудами ученых. Многие исследователи считают целью своей жизни открытие новых фактов. Их беспокоят главным образом два вопроса: как и что. Они спрашивают, например, как устроен атом, и, установив, что вокруг положительно заряженного атомного ядра вращаются электроны, считают свою задачу выполненной. В дальнейшем «как» и «что» заставляют их поинтересоваться тем, что входит в состав атомного ядра и как удерживаются в нем его составные части.
Но есть и другой тип ученых. Для них главным является вопрос «почему», и они не могут успокоиться, не выяснив, в силу каких причин атомное ядро всегда положительно, а электрон имеет отрицательный заряд. История науки свидетельствует, что попытки ответить на вопрос «почему» часто приводят к радикальной ломке установившихся взглядов, к настоящей революции идей. Это и случилось на подступах к антимиру.
Один из создателей квантовой механики, Дирак, пытался объединить ее с теорией относительности. Разработав теорию электрона, он пришел к абсурдному выводу о том, что электрон может иметь отрицательную энергию, то есть что он в некоторых случаях должен двигаться навстречу действующей на него силе.
Для того чтобы не вступать в противоречие с законом сохранения энергии, Дираку пришлось ввести в теорию новую элементарную частицу, по всем свойствам совпадающую с электроном, но имеющую положительный заряд.
В течение нескольких лет новая частица, родившаяся из уравнений, тревожила умы физиков и вызывала жаркие споры. Действительно, почему электрон имеет отрицательный заряд? Почему не может существовать положительный электрон-позитрон?
И наконец, в 1932 году Андерсон, изучая следы космических частиц на фотопластинках, увидел на одной из них два следа. Эти следы выходили из одной точки и были совершенно одинаковы, за исключением того, что один изгибался по направлению движения часовой стрелки, а другой в противоположном направлении. Один из следов, несомненно, принадлежал электрону. А другой? Другой мог быть только следом позитрона. Так впервые был обнаружен факт рождения частицы и античастицы – электрона и позитрона.
Это был потрясающий факт. До тех пор элементарные частицы считались вечными, а число их в мире неизменным. Теперь же оказалось, что элементарные частицы могут рождаться и умирать. Их рождение и гибель подчиняются строгим законам. При подходящих условиях квант света может превратиться в пару электрон – позитрон, а пара этих частиц может исчезнуть, превратившись в квант света.
Неравноправное равноправие
Дальнейшее развитие физики заставило ввести в теорию новые античастицы, например антипротон, – частицу, совершенно аналогичную протону, но имеющую отрицательный заряд. Через несколько лет и эта частица была найдена при помощи мощного ускорителя. Вслед за этим для уточнения теории понадобилась новая частица – антинейтрон, частица нейтральная, отличающаяся от нейтрона противоположными магнитными свойствами.
Бурное развитие физики привело к открытию еще целого ряда новых античастиц, и, наконец, был обнаружен общий закон, определяющий существование античастиц.
Казалось, все пришло в порядок. Для каждой частицы, если этого требовала теория, была найдена соответствующая античастица. Но каждый ответ порождает новый вопрос: почему же известные нам тела состоят из обычных частиц, почему мы не встречаем антиатомов, состоящих из антипротонов, антинейтронов и позитронов? Если реально существует вещество и антивещество, то почему же вокруг нас мы всегда находим только вещество? Естественно, возникает недоумение, почему все в нашей Галактике – и звезды и межзвездное вещество – состоит только из частиц?
Где же антивещество, где антимир? И хотя современная физика считает, что частицы и античастицы совершенно равноправны, ответа на этот вопрос она пока не дает.
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.
