Простая сложная Вселенная

Никто никогда заранее не знает, в каком направлении может быть найден неоткрытый остров или континент. И многим исследователям пришлось потерпеть неудачу для того, чтобы проложить путь великому открытию. Бесспорно, удачи бывают, но они не гарантированы. Учитывая последние открытия, шансы на нее, однако, есть. То же самое верно и для науки, и открытие антиматерии следует этому древнему пути пионеров. Гений одного человека помог всем остальным увидеть следующий удивительный факт: составляющая нас материя; материя, образующая планеты, звезды и галактики, – всего лишь половина материи, – и он не понял это по чистой случайности. Он опирался на то, что было сделано до него. Очевидно, что на работу Эйнштейна о том, как движутся вещи, если они делают это очень быстро, и на любопытные способы поведения квантовых частиц. Этим человеком был Поль Дирак. Он создал квантовую теорию поля и, следовательно, открыл антиматерию. Дирак был британским ученым, в 1932–1969 годах являлся Лукасовским профессором математики Кембриджского университета, занимая одну из самых престижных научных должностей мира. Она принадлежала Исааку Ньютону в 1669–1702 годах, как и Стивену Хокингу в 1979–2009 годах.

Так что такое антиматерия?

Вы уже знаете, что означает E = mc²: масса может быть преобразована в энергию, а энергия – в массу. С довольно высокой скоростью обмена. И, как вы только что видели в предыдущей главе, данная энергия может заимствоваться на короткий промежуток времени из вакуума, из полей, для создания частиц.

Теперь вернемся к мини-копии.

* * *

Вы все еще в пустой Вселенной, окруженной вакуумом, а именно вакуумом электромагнитного поля.

Прямо перед вами из него вылетает электрон.

Почему? Потому что он может. Вот так вы видите появление электрона. Бац! Именно так.

Минуту назад не было ничего кроме вакуума. Теперь там есть электрон, и электрон имеет массу. Сам факт его появления означает, что некоторое количество бездействующей энергии было преобразовано в массу. Уравнение E = mc² в действии. Легко для понимания.

Но электрон также обладает электрическим зарядом. Тогда сам собой напрашивается вопрос: откуда же этот электрический заряд появился?

Масса возникает из энергии, а масса и энергия эквивалентны, поэтому появление массы из заимствованной энергии является уравновешивающим процессом. Просто переходом энергии из одной формы в другую. Но электрический заряд – совершенно другая проблема. После появления электрона возникает отрицательный электрический заряд. До этого момента его нет. После него – есть. И это, безусловно, неприемлемо. Как я уже упоминал в конце предыдущей главы, нельзя создать что-то из ничего, не уплатив определенную цену. В реальной жизни так никогда не бывает – слышу я ваш вздох, – но хотя бы в квантовом мире такое происходит.

Итак, как же поступить с этим зарядом? Может, просто закрыть на него глаза?

Мы не можем, потому что их слишком много. Каждый электрон во Вселенной несет в себе заряд, и многие другие фундаментальные частицы тоже.

Так откуда же взялся заряд?

Что ж, самый простой ответ часто является самым правильным, вот он: электрон никогда не появляется в одиночку. Он должен вылететь вместе с идентичной ему частицей, за исключением ее заряда, который является противоположным. Такая частица называется антиэлектрон.

Такое понятие ввели, чтобы общий заряд всех пар когда-либо созданных электронов и антиэлектронов был равен нулю. Нет больше необходимости прибегать к E = mc² или чему-то еще. Такой феномен не нарушает никаких законов: общий заряд равнялся нулю задолго до появления электронов и антиэлектронов и по-прежнему равен нулю.

Именно то, в чем блестяще разобрался Поль Дирак.

«Ну и что здесь особенного?» – поинтересуетесь вы.

Ну что сказать, о существовании в точности похожей на электрон частицы с противоположным зарядом было до сих пор неизвестно. Никто не видел антиэлектрон.

ПРОЦЕСС, ПОСРЕДСТВОМ КОТОРОГО ЭЛЕКТРОН И ЕГО АНТИЭЛЕКТРОН ПОЯВЛЯЮТСЯ ИЗ НИЧЕГО, НАЗЫВАЕТСЯ РОЖДЕНИЕМ ЭЛЕКТРОН-ПОЗИТРОННЫХ ПАР.

Сегодня мы обнаруживаем их повсюду.

Процесс, посредством которого электрон и его антиэлектрон появляются из ничего, называется рождением электрон-позитронных пар; существует также обратный процесс: когда электрон встречается с антиэлектроном, они аннигилируют, то есть пропадают, пуф! И исчезли, а их масса превратилась обратно в энергию, в свет, в мгновение.

Электроны и антиэлектроны создаются из электромагнитного поля и возвращаются в него при аннигиляции.

Далее, раз электроны существуют сами по себе и все они созданы из электромагнитного поля во время рождения электрон-позитронных пар, следовательно, антиэлектроны также должны существовать сами по себе. Что они и делают. Но их нельзя найти повсюду.