Этот правый, левый мир

Существенно понимать, что само по себе открытие античастиц никоим образом не нарушает закона четности. Как мы видели, различие северного в южного полюсов магнита никак не способствовало решению Озма-проблемы, то есть никак не свидетельствовало в пользу того, что природа отдает предпочтение правому или левому. Точно так же никакой право-левой асимметрии не следует из различия положительных и отрицательных зарядов. Подобно полюсам магнита, термины «положительный заряд» и «отрицательный заряд» обозначают просто два состояния электричества. В настоящее время принято считать, что магнитные силы вызываются движением электрических зарядов, и мы видели, как направление вращения этих зарядов объясняет различие между двумя полюсами магнита. Почему электричество должно находиться именно в двух состояниях—положительном и отрицательном,—остается полнейшей загадкой. Физики вынуждены просто принять это как факт.

Различие зарядов устанавливается с помощью того обстоятельства, что разноименные заряды притягиваются, а одноименные — отталкиваются. Все известные элементарные частицы имеют либо отрицательный заряд (в количестве одной элементарной единицы), либо положительный заряд (в том же количестве), либо вообще не имеют заряда. (В квантовой механике заряд частицы описывается квантовым числом, принимающим три значения: +1, —1, 0.) Никто не знает, что кроется за этими обозначениями. Но мы хотим отметить, что здесь нет никаких указаний на нарушение лево-правой симметрии.

Если рассмотреть и электрические заряды и магнитные оси одновременно, то можно изобразить частицу и ее античастицу таким образом, что одна из них будет зеркальным отображением другой. В качестве примера на рис. 59 показаны электрон и позитрон, а на рис. 60 — протон и антипротон. Отметим, что на рисунках показаны лишь символические модели; истинная картина может быть правильно выражена лишь на языке волновых функций квантовой механики. Тем не менее, как и в случае структурных диаграмм молекул, представляющих по существу просто схему межатомных химических связей, такие условные рисунки весьма полезны и зачастую помогают выяснению существа проблемы.

Рис. 59. Модель электрона (слева) и модель позитрона (справа).

Рис. 60. Модель протона (слева) и модель антипротона (справа).

Глядя на эти диаграммы, невольно думаешь: а не являются ли античастицы действительно зеркальными изображениями реальных частиц? В самом деле, единственная разница между правой и левой частицами на каждом рисунке, кроме зеркальной сопряженности их структур, состоит в том, что одна из них заряжена положительно, а другая — отрицательно. Не связано ли (пока неизвестно, как именно) различие между положительным и отрицательным зарядами с какой-либо асимметрией пространственной структуры самой частицы? Не выявят ли будущие исследования структуры электрона (о которой мы, как говорил Теллер, не имеем «все еще» никаких сведений) пространственную асимметрию? Ведь установили же исследования химиков в прошлом столетии, что «оптические изомеры» Пастера являются зеркальными отображениями друг друга! Вспомним, как коллеги Вант Гоффа презрительно отзывались о его работах в этом направлении, как о «жалких спекулятивных рассуждениях».

Пастер и Вант Гофф обладали глубокой интуицией и той вдумчивостью, которая сродни проницательности Канта, усомнившегося в идеальности своего слуха. Как могут быть два предмета совершенно одинаковыми во всех отношениях и вместе с тем в чем-то различаться? Именно почему электрон и позитрон совершенно подобны и все же различаются знаком заряда? Рассматривая приведенные выше диаграммы, можно дать такой ответ: они действительно одинаковы и все-таки «что-то не так».

Даже после открытия античастиц физики не принимали всерьез гипотезу о том, что античастицы могут действительно быть зеркальным отображением некой неизвестной асимметричной структуры. Причина такого скептицизма проста: если бы в строении частиц существовала некая пространственная асимметрия, то она, безусловно, проявлялась бы в том, что четность каким-нибудь способом нарушалась. Иначе говоря, тогда можно было бы осуществить эксперимент, в котором асимметрия частиц приводила бы к какому-то измеримому (а не символическому или схематическому) асимметричному пространственному распределению, то есть существовало бы измеримое различие правого и левого. Таких экспериментов тогда не существовало. Четность всегда сохранялась.

Затем в промежутке между 1954 и 1956 годами создалась любопытная ситуация с двумя частицами, называвшимися в то время тета-мезон и тау-мезон. Занимательную историю о том, как эта «загадка тета-тау» привела к падению закона сохранения четности, мы узнаем в следующей главе.

Глава 22. Ниспровержение четности

Как известно каждому в наше время, в основе всех процессов, происходящих во Вселенной, лежат четыре основных типа сил (физики предпочитают термин «взаимодействие», но мы можем употребить здесь более привычный термин «силы»):

1) ядерные силы;