100 великих загадок астрономии

Придумал эту странную субстанцию Поль Дирак в конце 1920-х годов. Он стремился объединить две крайности физической науки, две новомодные теории – общую теорию относительности Эйнштейна и квантовую теорию, «свести к единому знаменателю» Макрокосм и Микрокосм. Однако, удивительным образом, в его уравнениях наряду с электронами получали право на жизнь и частицы, точь-в-точь похожие на них, но заряженные положительно, – неслыханная новация для классической физики. С другой стороны, в математическом решении, предложенном Дираком, не было видно изъянов, а весь многовековой опыт приучил ученых к мысли о том, что математика – впрямь «царица наук». Что сказано на языке цифр, то не может быть неправдой!

Через несколько лет, в августе 1932 года, в одном из экспериментов «антиэлектрон» был действительно обнаружен. За свой положительный – позитивный – заряд он был удостоен имени «позитрон». Теперь известно, что у всех элементарных частиц есть свои антиподы – античастицы. Знаменитый немецкий физик Вернер Гейзенберг назвал открытие антивещества «самым неожиданным открытием XX века».

Так приотворилась дверца в неведомый мир, с которым мы прежде не соприкасались. Ведь любой контакт с ним гибелен. При встрече частиц и античастиц они аннигилируют, уничтожаются.

Когда в 1933 году Поль Дирак получал Нобелевскую премию, он произнес речь, в которой обмолвился, что Земля по случайности состоит из вещества, а не из антивещества. «Возможно, – фантазировал он, – с некоторыми небесными телами все обстоит как раз наоборот». Иными словами, в представлении Дирака, где-то в неизведанной космической дали свершали свой бег антипланеты, обращаясь вокруг антизвеад.

Что же подвигло британского ученого на столь смелый вывод? Ее величество Симметрия, пронизывающая все мироздание. С незапамятных времен философы всех народов почитают симметрию, являющую всякой сущности ее отражение, всякому естеству – его противоположность.

Полвека назад эта всепроникающая Симметрия лежала в основе современной космологии, описывавшей акт сотворения Вселенной – Большой взрыв. В это мгновение, когда Ничто превратилось в Нечто, родился в высшей степени симметричный объект. Вещества в нем было столько же, сколько и антивещества.

Однако эта же модель немедленно полагала предел мирозданию. Частицы встречались с античастицами, вещество с антивеществом – и аннигилировали, аннигилировали… Лишь гамма-вспышки проносились по вмиг опустевшему космосу.

Почему же в первые мгновения после Большого взрыва все частицы не уничтожились, встретившись со своими античастицами? Почему существует этот – такой реальный, такой зримый – мир, сложенный из элементарных частиц? Где затерялись их двойники?

Как оказалось, в нашей Вселенной изначально был изъян. По какой-то причине Великая Симметрия, рождающая и стирающая миры, нарушилась. Законы природы для частиц и античастиц стали разниться. Количество вещества превысило запасы антивещества. И после вселенского фейерверка, выжегшего, возможно, почти все антивещество, остался результат нарушения Симметрии – звезды, галактики, мы.

По общепринятому теперь сценарию (его творцом является А.Д. Сахаров), всего через миллионную долю секунды после Большого взрыва почти все вещество в нашем мироздании (99,99999999 %), погибло, соприкоснувшись с антивеществом. История сотворения Вселенной началась с истории ее разрушения.

Этот космический «судный миг» пережили, по некоторым оценкам, всего по одной элементарной частице из каждых 30 миллиардов. Все это – незримые семена, из которых пророс наш – такой необъятный – мир. Из этой горстки частиц соткана даль мироздания с ее гигантскими скоплениями галактик. Из крох, уцелевших в Микрокосме, возведен величественный Макрокосм.

Итак, мы обязаны своим существованием нарушению симметрии, этому дефекту законов природы? В Божественный план, по которому создавался космос, вкралась ошибка? Мир должен быть рожден так, как возникают в вакууме виртуальные пары частиц и античастиц, – возникают, чтобы сразу исчезнуть? Здесь это правило не сработало.

Сейчас антивещество можно встретить только в лабораторных экспериментах. Физики уже научились изготавливать атомы антиводорода, в которых вокруг отрицательно заряженного ядра обращается позитрон. Однако они возникают всего на миллиардные доли секунды. (Впрочем, в апреле 2011 года в ЦЕРН удалось в течение почти 17 минут при температуре, равной примерно 1 кельвину, удерживать 309 атомов антиводорода, что сулит прорыв в этой области исследований.)

Между тем космологи – вслед за Дираком – порой говорят о том, что, может быть, где-то в отдаленной области космоса и существуют огромные скопления антивещества, возникшего сразу после Большого взрыва. Что, если оно не полностью уничтожилось в первые доли секунды космического творения? Что, если антивещество в нашей части космоса столь же редко, как где-то на далекой окраине Вселенной редко вещество? И все мироздание состоит на самом деле, как из «инь» и «ян», как из «положительного» и «отрицательного», – из двух несходных, несовместимых сущностей?