Мартин Гарднер - Этот правый, левый мир

Теорию Клейна невозможно полностью изложить без привлечения математических уравнений, но в общих чертах она сводится к следующему. В дополнение к обычным четырем измерениям ортодоксальной теории относительности (три — пространственных и одно — временно́е) вводится пятое, по своему характеру тоже пространственное. Это пятое измерение, искривляясь, замыкается на себя подобно поверхности цилиндра, вернее, невероятно тонкой нити поскольку радиус кривизны гораздо меньше радиуса атома. (По оценкам Клейна, он составляет 10 –30сантиметров, то есть 1/1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 долю сантиметра!) Движение макроскопических объектов происходит в рамках четырехмерного пространства-времени, но элементарные частицы обладают, как говорят физики, «дополнительной степенью свободы»; мы можем считать, что они обладают способностью перемещаться вдоль пятой координаты в ту или другую сторону. При движении в одну сторону они заряжены положительно; противоположному направлению движения соответствует отрицательный знак заряда.

Нейтральные частицы движутся в четырехмерном пространстве по геодезическим линиям (геодезическая линия — кратчайший возможный путь между двумя данными точками). Движение заряженных частиц можно представить себе происходящим вдоль спиральных геодезических линий пятимерного пространства. Две разноименно заряженные частицы перед столкновением имеют противоположные спиральности своих пятимерных «мировых линий», поэтому при встрече их моменты вращения (в пятимерном пространстве! — Ред. ), направленные навстречу друг другу, взаимно уничтожаются — заряды исчезают. Аналогично, когда нейтральная частица приобретает заряд, ее вращательный момент вследствие отдачи сообщает момент противоположного знака другой частице. В итоге при разделении двух разноименно заряженных частиц в пятимерном пространстве возникают две винтовые мировые линии противоположной спиральности.

Позвольте мне мельком упомянуть, что теория Клейна не получила широкого признания, хотя и была предметом оживленного обсуждения в конце двадцатых ходов. Некоторое время ею интересовался и Эйнштейн, но в конце концов отверг ее. Я остановился здесь на ней с единственной целью — отметить, что весьма простая картина, предложенная Хинтоном, может быть соответствующим образом разработана и снабжена достаточно солидным математическим аппаратом. Такого рода релятивистских полевых теорий, трактующих положительные и отрицательные заряды, как энантиоморфные двойники, было предложено довольно много (например, развитая Артуром Эддингтоном в 1936 году «Теория относительности протонов и электронов»). Однако до сих пор ни одна из них не была признана удовлетворительной.

Нейтрино и антинейтрино — настоящие зеркальные копии друг друга. Может быть, и любая частица вследствие неизвестных нам свойств пространства и времени, не проявляющихся на макроскопическом уровне, является зеркальным отображением своей античастицы? Не является ли антивещество вплоть до мельчайших деталей своего строения не чем иным, как обычным веществом, но зеркально обращенным, подобно изображению предмета в зеркале?

Ни один из физиков не пожелает сказать твердое «да» в ответ на эти вопросы. Однако аргументы в пользу такого предложения существуют. После 1957 года в ряде работ по нарушению четности было установлено, что при изменении знака всех зарядов выделенное направление меняется на обратное. Представим себе, что в помещении, где проводился эксперимент мадам By, на стене было укреплено большое зеркало. Выделенное направление, обнаруженное в эксперименте, обращалось зеркалом (в самом опыте By электроны вылетают из «южной» половины ядра кобальта, а в «за-зеркальном» варианте — из «северной»), картина эксперимента не совпадает с ее зеркальным изображением. Но если мы вообразим, что в «Зазеркалье» госпожа Антиву ставит такой же эксперимент с оборудованием из антивещества, то в этом эксперименте антиэлектроны (позитроны) будут вылетать иначе (снова из «южной» половины ядра). Симметричность основных законов природы восстанавливается.

Ян объясняет все это следующим образом. Если под отображением в зеркале понимать изменение правого на левое (и наоборот) плюс изменение знака заряда , то симметричность сохраняется. Это сохранение симметричности при двойной инверсии (пространственной и зарядовой) отмечалось также Евгением Вигнером в Принстоне и Л. Д. Ландау в СССР. Безусловно, как отмечает Ян, такое объяснение ничего не говорит нам о том, почему добавление зарядовой инверсии к пространственной инверсии восстанавливает симметрию.

Если — и это гигантское «если» — все различие между положительным и отрицательным зарядом сведется в некотором роде просто к различию левого и правого, как предполагал Хинтон, то новый тип отображения, предложенный Яном, окажется общеизвестным обычным зеркальным отображением. «Легко видеть, — пишет Ландау, — что взаимодействия, инвариантные относительно комбинированной инверсии, оставляют пространство совершенно симметричным, и лишь электрические заряды будут асимметричными. Эта асимметрия влияет на структуру пространства не в большей мере, чем химическая стереоизомерия».

Если антивещество — это обычное вещество, но «отображенное в зеркале», то на вопрос Алисы: «Годится ли зазеркальное молоко для питья?» — мы должны поспешно ответить: «Нет!». Такое молоко при одном прикосновении к нему вызовет взрыв, превосходящий взрыв водородной бомбы. Несчастный мистер Платтнер X. Г. Уэллса, перевернувшийся в 4-пространстве, при своем появлении в этом мире немедленно погиб бы. Астронавтам в моей повести, упоминавшейся выше, не понадобилось бы никакой проверки четности, чтобы определить, подверглись ли они зеркальному преобразованию: если бы это было так, они немедленно взорвались бы при попытке высадиться на планете.

Здесь мне хочется предостеречь интересующегося читателя от почти неизбежного соблазна «открытия» новых теорий «зеркально отображенной» антиматерии. Такие наивные теории создать очень несложно. Скажем, стоит вам только представить себе прецессию оси вращения сферической частицы, как вы получаете схему, в которой различаются четыре типа вращения: первый — направление прецессии совпадает с направлением вращения, второй — они противоположны и третий и четвертый — зеркальные изображения этих картин. Соответствуют ли эти случаи четырем типам нейтрино? Ответ состоит в безоговорочном «нет». Квантовая механика здесь отвергает аналогию с вращающейся сферой, и в данном случае ломать голову над тем, перед чем отступили опытные теоретики, означает попусту тратить время.