Книга: Разум побеждает: Рассказывают ученые

Антимир родился в тот же день и в тот же час

Антимир родился в тот же день и в тот же час

Гипотеза сверхплотной «бомбы», из которой, как цыпленок из яйца, вылупилась наша Вселенная, остается равнодушной к великой симметрии мира. Но антивещество властно требует всех прав гражданства. Вполне допустимо предположить, что вещество и антивещество — близнецы, родившиеся в одном и том же месте и в одно и то же время. Естественно допустить также, что оба состояния материи развились в какой-то момент эволюции сверхплотного протовещества. Первая космологическая теория, которая справедливо поступила с антивеществом, была разработана американским физиком Гольдхабером. Он назвал первоначальное средоточие Вселенной «универсоном». При распаде эта исходная суперчастица разделилась на две: «космон» и «антикосмон». Как нетрудно понять из названий, «космон» дал начало веществу, «антикосмон» антивеществу. Пока все это не более чем фантастика, в лучшем случае феноменологическая «протогипотеза», которую еще только предстоит развить. Гольдхабер не называет причин внезапного распада «универсо-на». Он лишь проводит здесь параллель с распадом тета-нулымезона на положительный и отрицательный пионы. Подобно этим частицам, «космон» и «антикосмон» разлетелись в разные стороны, стремясь скорее покинуть место распада. Последовавший за этим взрыв «космона» дал жизнь окружающему нас миру. Что же касается «антикосмона», то он мог не взорваться и по сей день. Впрочем, он мог и взорваться одновременно с «космоном», но в этом случае Антивселенная находится вне пределов нашей видимости.

Гипотеза Гольдхабера — это как бы предшествующая ступень гипотезы образования Вселенной из протовещества. Кроме того, она вносит в эту последнюю гипотезу недостающий элемент симметрии. В остальном же на нее распространяются все присущие таким гипотезам недостатки. Мы не знаем и никогда не узнаем, откуда появился «универсон» и почему он вдруг претерпел распад на две противоположные частицы. Но точно так же нам приходится принимать как данное и сверхплотное протовещество, сжатое до ничтожных размеров! И с этим приходится мириться. Как говорят физики, проблема рождения Вселенной относится к числу «неприятных».

Если мы принимаем «взрыв» за начало развития Вселенной, то нужно смириться и с тем, что именно с этого момента начался и отсчет времени. «До» этого будильник стоял, точнее, его просто не существовало! Итак, окончательно договоримся, что все вопросы, касающиеся того, что было «до», просто не имеют смысла. Это позволит нам иными глазами смотреть и на «неприятные» проблемы. Все отличие этих проблем от гипотез натурфилософов в том, что «неприятные» проблемы опираются на всю мощь экспериментальных и теоретических наук, тогда как главной опорой натурфилософов была чистая фантазия. Разница очень существенная.

Поэтому не будем спрашивать, что было до начала Вселенной. Блаженный Августин, говорят, заинтересовался тем, что делал бог до того, как создал мир. На этот вопрос могло быть два одинаково неприятных ответа: 1) бога до того, как он создал мир, просто не было и 2) бог был занят тем, что создавал ад для людей, задающих глупые вопросы.

Но если Гольдхабер в своей гипотезе исходит из изначального существования сверхплотной «бомбы» — а такая посылка, как мы видели, диктуется наблюдаемым расширением Вселенной, — то шведские астрофизики Альф-вен и Клейн пытаются вывести Метагалактику из облака крайне разреженного вещества. Вряд ли такая попытка достаточно серьезна. Но в гипотезе шведских ученых есть несколько остроумных моментов, из-за которых с ней стоит познакомиться. Ведь диалектика развития научных идей подсказывает, что наиболее правильное решение рождается на стыке двух противоположных мнений. Закроем глаза на, мягко говоря, не очень ясную отправную точку в гипотезе Альфвена и Клейна, согласно которой облако появилось в результате небольшого изменения энергетического состояния пространства. Знакомство с природой физического вакуума дает возможность «переварить» и не такие идеи.

Итак, мы приходим к какой-то (чем она хуже внезапного взрыва?) энергетической флюктуации. Чистая энергия обязана превратиться в эквивалентное число пар, состоящих из частицы и античастицы. По сути дела, облако Альфвена — Клейна не что иное, как плазма. В первые моменты существования эта плазма настолько разрежена, что столкновения частиц очень редки и аннигиляция между частицами и античастицами почти невозможна. Но постепенно, под действием гравитационных сил, плазма начинает сжиматься. Аннигиляционные вспышки происходят все чаще и чаще, а конечные продукты аннигиляции — фотоны — все более плотным потоком пронизывают пространство. Короче говоря, повышается радиационное давление, которое и приводит в конце концов к равновесию сжимающих и расталкивающих сил. В этих условиях происходит формирование атомов, облаков газа, которые постепенно конденсируются в различные небесные тела.

Самое любопытное в гипотезе шведов — это идея отделения вещества от антивещества. С ней стоит познакомиться поближе: она может в какой-то мере дополнить другие, более удачные космологические теории. Наконец, она обладает и самостоятельной ценностью.

Еще в период сжатия первичной плазмы, процесса, вероятно, весьма неравномерного, возможно появление различных местных сгущений. Температура в таких сгущениях вследствие повышенной плотности аннигиляции, естественно, выше, чем в окружающем газе. Это, в свою очередь, приводит к конвекции. Под действием гравитационных сил более легкий электронно-позитронный газ начинает скопляться в одном участке, который мы условно можем назвать «верхним». Более тяжелый газ, обогащенный нуклонами и антинуклонами, оказывается тогда в «нижних» областях. Движение заряженных частиц в плазме вызывает появление электромагнитных сил, которые «рассортировывают» частицы с разноименными электрическими зарядами.

Не касаясь подробностей механизма электромагнитной сепарации частиц из «верхней» и «нижней» областей, удовольствуемся лишь конечным результатом. А он нам известен заранее, поскольку в нашем мире частицы преобладают над античастицами. В итоге нам ведь нужно соединить позитроны с антипротонами и электроны с протонами и отделить вещество от антивещества. Альфвен, собственно, и предлагает такую гипотетическую схему магнитных полей в сжимаемом облаке, при которой индуцируются необходимые для сепарации электрические токи. Конечно, приведенная им схема произвольна, но она вероятна. А можно ли требовать большего от гипотезы, касающейся одного из самых «неприятных» вопросов?

Приняв со всеми возможными допущениями и оговорками, что эволюция первоначальной плазмы привела в конце концов к образованию облаков водорода и антиводорода, мы сразу же сталкиваемся с новой трудностью. Суть ее предельно ясна. Как объяснить, что не произошла аннигиляция этих облаков?

Подобно тому как из кольцевых магнитных линий можно создать замкнутую «трубку», в которой, как в бутылке воду, можно хранить плазму, в будущем, вероятно, удастся создать и «бутылку» для хранения античастиц. Сквозь невидимые магнитные стенки ни изнутри, ни снаружи не сможет прорваться ни одна заряженная частица. В таком «сосуде» можно будет безбоязненно хранить запасы античастиц, не опасаясь аннигиляции. Одним словом, человек научится экранировать вещество от антивещества. Но у нас-то речь идет о процессах, которые гипотетически должны были протекать за миллиарды лет до появления человека!

Альфвен предсказал вариант самопроизвольной взаимной экранировки облаков водорода и антиводорода. На границе соприкосновения таких облаков неизбежно возникает аннигиляция. Но бояться ее не нужно. Аннигилируя, атомы и антиатомы породят вихри фотонов и электронно-позитронных пар. Этот радиационный газ, подобно пару, подбрасывающему каплю воды на раскаленной плите, будет стремиться отбросить облака антиподов в разные стороны. Чем сильнее будет протекать аннигиляция, тем энергичнее будут силы расталкивания. Поэтому облака, едва успев войти в соприкосновение, разойдутся, как корабли, подгоняемые ветрами, дующими с разных сторон.

Таких облаков-антиподов в первоначальной плазме рождается великое множество. Мы нарочно взяли лишь одну пару, чтобы легче было разобраться в происходящих процессах. Далее начинается самое интересное. Магнитные поля в первичной плазме крайне слабы. При самом оптимистическом подсчете, они лежат в пределах 1–2 гаусс. Но чем слабее магнитное поле, тем слабее и ток в природном контуре плазменного сгустка. А это, в свою очередь, означает, что в космической сепарации участвует меньше частиц. По расчетам Альфвена и Клейна, магнитные поля средней силы способны разделить вещество и антивещество, общая масса которых соизмерима с массой звезды. Парадоксальный вывод!

Он означает, что даже наша вполне заурядная система могла возникнуть не из одного водородного облака, а только в процессе слипания нескольких таких облаков. Отсюда легко прийти к выводу, что даже в нашей Галактике половина звездных систем может состоять из антивещества! Астрономам придется много потрудиться, чтобы опровергнуть этот ошеломляющий вывод. Звездный свет не несет нам информации о веществе, которое его испускает. И может быть, даже ближайшие наши соседки Альфа Центавра и Тау Кита черпают свою энергию из синтеза антипротонов.

И все же, несмотря на то что электромагнитное излучение одинаково для вещества и антивещества, у нас есть определенные шансы распознать окружающие Солнечную систему антимиры. Конечно, если эти антимиры действительно существуют. Оставляя в стороне нейтринную астрономию, которая является делом будущего, коснемся так называемых фронтов. Мы употребили это название по аналогии с одноименным атмосферным явлением, наблюдающимся при столкновении холодных и теплых воздушных масс. Атмосферный фронт легко обнаружить по характерным шумам: воды, крикам птиц и животных. Аналогично этому можно попытаться обнаружить аннигиляционный фронт в космосе.

Поскольку на границе вещества и антивещества кипят аннигиляционные битвы, то, как говорят астрономы, в «гамма-свете» соответствующие участки ночного неба не могут не выдать себя. Конечно, атмосфера задерживает рентгеновские излучения космоса. Но гамма-телескопы уже выводились с помощью спутников на околоземную орбиту. Первые такого рода опыты, правда, показали, что космический гамма-фон довольно однороден. Но окончательные выводы на основании этого делать нельзя. Потребуются еще десятки и сотни точных измерений. Да и гамма-телескопы еще не настолько совершенны, чтобы мы окончательно отказались от идеи существования «ближних» антимиров.

Впрочем, «роме гамма-астрономии есть еще одна возможность подтвердить или опровергнуть гипотезу шведских астрофизиков. Речь идет об особенностях аннигиляционных фронтов, на которые обратил внимание советский ученый Н. А. Власов. На короткое мгновение перед аннигиляцией частицы и античастицы образуют псевдоатомные структуры — протоний (протонно-антипротонная пара) и позитроний (электронно-позитронная пара). Протоний и позитроний обладают избыточной энергией. Поэтому, прежде чем исчезнуть, они успевают испустить световые кванты. Вполне понятно, что квазиатомные структуры обладают строго определенными спектрами. На основании этого Н. А. Власов и предлагает изучить спектры всех даже самых слабых свечений в пространстве.