Геннадий Горелик - Андрей Сахаров. Наука и свобода

Новая идея Сахарова показалось «фантастической и безумной» также и Е.Л. Фейнбергу. Получив экземпляр статьи с дарственной надписью, он подумал: «Ну, конечно, Сахаров может себе все позволить, даже такую фантастику». [365] Фейнберг Е.Л. Для будущего историка // Он между нами жил… Воспоминания о Сахарове, с. 663.

Дарственная надпись была стихотворной:

Что же такое фантастическое и безумное крылось за этим стишком?

Стихотворное изложение идеи барионной асимметрии (на экземпляре статьи 1967 года, подаренном Е.Л. Фейнбергу).

Мы уже знаем, что фигура Вселенной (барионно) кривая, и знаем, что теоретикам особенно не давало покоя, что лишь слегка кривая, всего на одну миллиардную. Ни один портной не станет принимать в расчет, если правое плечо клиента на один миллиметр выше левого. Космологов же беспокоило различие в миллион раз меньшее, но лишь потому, что в этом различии угадывалось нечто, связанное с самим происхождением Вселенной.

Американский теоретик Сусуму Окубо о космологии не думал. В середине 50-х годов он занимался физикой элементарных частиц, когда там всплыли свои загадочные асимметрии.

До того времени (молчаливо) считалось, что в мире элементарных, простейших, частиц все должно быть в высшей степени симметрично. У этих точечных составляющих вещества не было ничего похожего на правую и левую руку. И потому не должно было быть ничего похожего на асимметрию правшей и левшей в мире людей. В микромире царила, как считалось, зеркальная симметрия — полный паритет (Parity) правого и левого, или P-симметрия, как у крыльев идеальной бабочки.

P-симметричная бабочка

Точнее говоря, считалось, что если возможно некоторое явление в мире элементарных частиц, то, отразив это явление в зеркале — поменяв местами правое и левое, мы получили бы явление столь же возможное.

В 1956 году произошло знаменательное событие — экспериментаторы обнаружили, что мир элементарных частиц не вполне P-симметричен, то есть существуют явления, зеркальная копия которых не столь же возможна.

Обнаруженная асимметрия микромира вызвала переполох у теоретиков. Они стали вглядываться в две другие симметрии, которые до того времени молчаливо считались столь же несомненными в микромире. Операция C заменяет всякую элементарную частицу на ее античастицу, то есть всякий заряд (Charge) на противоположный. Операция T поворачивает время вспять — заменяет всякое движение на противоположное. Представим себе все частицы белыми биллиардными шариками, а их античастицы — черными. Тогда операция C меняет цвет шариков на противоположный, а операция T столкновение шариков, записанное на видеопленку, заменяет на такое, когда пленку пускают в обратную сторону.

Каждая из операций P, C, T подобна взмаху волшебной палочки. Так что в 1956 году физики, к своему удивлению, обнаружили, что взмах P-палочки меняет микромир. Из основных принципов теории следовало только то, что взмах сразу тремя палочками одновременно ничего в физике не меняет. Это назвали CPT-симметрией.

А по отдельности? Несколько десятилетий физики были уверены, что жизнь микромира симметрична для любой из C, P, T волшебных палочек. Быть теоретиком в таком мире, может быть, и проще, но…

Если бы у людей правая и левая руки были одинаковы, то делать перчатки было бы в два раза проще. Однако вряд ли можно понять человеческий мир, если игнорировать различие правого и левого полушарий мозга — образного и логического. Простота, говорят, бывает хуже воровства. Переупрощение мира крадет у него глубину.

Беда в том, что нет точных инструкций, как избежать переупрощения. Надежный инструктор — только один, это эксперимент, или умный вопрос, умело заданный самой природе.

Зеркальная кособокость микромира, подтвержденная в экспериментах, побуждала теоретиков строить воздушные замки, в которых асимметричный флигель был бы лишь частью симметричного мироздания. И уже через год такой замок был построен. Ландау обнаружил, что все известные тогда P-асимметричные явления подчиняются комбинированной CP-симметрии, и провозгласил эту симметрию новым законом природы: одновременный взмах C и P палочками не меняет мира. [366] Ландау Л.Д. О законах сохранения при слабых взаимодействиях (ЖЭТФ, Sov. Phys. JETP, Nucl. Phys., 1957) // Собр. тр., т. 2. М.: Наука, 1969, с. 349. Иначе говоря, Ландау предположил, что бабочка микромира имеет вид, который не изменится, если одновременно с перестановкой правого и левого поменять местами черный и белый цвета — частицы поменять местами CP-симметричная бабочка. с античастицами и правое с левым поменять местами.

CP-симметричная бабочка.

Эта работа Ландау на самом переднем крае науки привлекла большое внимание. То была его первая работа, посланная в журнал Nuclear Physics, и, по воспоминаниям Окубо, ее опубликовали немедленно безо всякого рецензирования. [367] Susumu Okubo, Letter of Dec 4, 1996.

Важность работы в науке можно измерять тем, насколько она помогает задавать новые вопросы природе и, значит, помогает опровергнуть себя — если природа ответит отрицательно.

Работа Ландау помогла Окубо задать вопрос: а что, если и CP-симметрия не всемогуща в микромире? И он придумал, как этот вопрос можно задать природе. В своей (двухстраничной) статье 1958 года он обратил внимание коллег, что если CP-симметрия не соблюдается, то частица и античастица, имея одинаковые времена жизни, могут по-разному свои жизни кончать — по-разному распадаться на другие частицы. [368] Okubo S. Decay of the Σ + hyperon and its anti-particle // Phys. Rev., 1958, v. 109, p. 984—985.

Это оставалось чисто теоретической возможностью до 1964 года, когда экспериментаторы обнаружили, что CP-симметрия действительно не абсолютна. Оказалось, что и она нарушается, хотя и очень мало.

Как ни удивительно, главный советский теоретик термоядерного оружия следил за этими тонкими перипетиями, не имевшими отношения к его служебной спецфизике. Об этом свидетельствует отзыв Сахарова о CP-работах Ландау, направленный в комитет по Ленинским премиям в области науки 18 декабря 1958 года. Отзыв он подытожил: «По своему влиянию на развитие науки в нашей ране и во всем мире Ландау стоит на одном из первых мест». [369] Сахаров А.Д. Отзыв о работах Ландау «О законах сохранения при слабых взаимодействиях», «Об одной возможности для поляризационных свойств нейтрино», направленный в комитет по Ленинским премиям в области науки 18 декабря 1958 года. [Московский архив Сахарова.]