«Безумные» идеи

…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