Мартин Гарднер - Этот правый, левый мир

Дайсон в своей статье поясняет: «То же самое возражение — недостаточная безумность — применимо и ко всем другим делавшимся до сих пор попыткам создать радикально новую теорию элементарных частиц. Это особенно относится к ниспровергателям основ. Большая часть ниспровергающих основы статей, которые направляются в „Physical Review“, отклоняется редакцией не потому, что их нельзя понять, а именно потому, что их можно понять. Те, которые понять нельзя, как правило, печатаются. Великое открытие, когда оно только что появляется, почти наверняка возникает в запутанной, неполной и бессвязной форме. Самому открывателю оно понятно только наполовину. Для всех остальных оно — полная тайна. Поэтому любое построение, которое не кажется на первый взгляд безумным, не может иметь надежды на успех».

К мудрым словам Дайсона я хотел бы добавить (хотя и не отношу себя к числу ученых): когда такая «безумная» теория разработана настолько, что представляется уже вовсе не безумной, а простой и почти неизбежной, и кажущееся нагромождение частиц уступает место прекрасному порядку, сам успех теории открывает нам двери, ведущие к еще большим потрясениям.

Я не отношусь к числу тех, кто верит, что когда-нибудь наука откроет все. Такая точка зрения кажется мне выражением простоватой самонадеянности, и мне трудно найти общий язык с ее приверженцами. Прибегнув к известной метафоре Уильяма Джеймса, мы можем сказать, что существуют вещи, поистине недоступные нашему сознанию, подобно тому как квантовая механика непостижима уму собаки.

«Человек мал, — замечает король Карнос в пьесе лорда Дансени „Смех богов“, — а ночь длинна и полна чудес».

Итак, можно ли все-таки объяснить обитателю другой галактики, с какой стороны находится у нас сердце? Можно ли это сделать, если между двумя мирами есть только радиосвязь?

Гарднер кончает свой рассказ на том, что указать правое и левое направления можно с помощью опыта By. Рецепт, который мы сообщим собеседнику, таков:

1. Возьмите соленоид с током.

2. Поместите в него радиоактивный кобальт-60.

3. Сосчитайте, сколько электронов летит из каждого конца соленоида.

4. Отметьте, в какую сторону вылетает меньше электронов.

Теперь предложим собеседнику взять винт и ввинчивать его в направлении, в котором вылетает меньше электронов. Если он будет вращать отвертку в направлении тока, такой винт надо называть правым; если против направления тока, такой винт надо называть левым. Разобравшись в винтах, удастся уже договориться, какая рука называется правой. Возможность опыта By связана с тем, что в природе есть нейтрино И антинейтрино. Нейтрино летит в пространстве, как волчок или как снаряд, «ввинчиваясь», подобно левому винту. Антинейтрино, наоборот, «ввинчивается», как винт правый. Так что вместо описания опыта By можно было бы просто послать нашему далекому другу нейтрино и попросить его самого сравнить нейтрино со своими винтами, руками и чем он еще захочет. В противоположность каналу радиосвязи нейтрино-антинейтринный канал пропускает информацию о правом и левом. Что бы ни случилось но дороге с нейтрино, рассеялся ли он, столкнувшись с каким-либо атомом (это хотя и очень маловероятно, но все же возможно), или нет, его винт, или, как говорят, его спиральность, не изменится: нейтрино всегда левое!

Все это так, но природа заготовила ловушку. Рецепт годится, если мы твердо знаем, что у собеседника — обитателя другого мира — по проводам движутся электроны, а его кобальт состоит из протонов и нейтронов. Если мы в этом не уверены, то в принципе возможно, что у нашего друга по проводам текут позитроны, а кобальт есть не кобальт, а антикобальт и его ядро состоит из антипротонов и антинейтронов.

История, которую рассказал Гарднер, окончилась на том, что результатов повторения опыта By может быть два. Либо в другом мире все построено, как и у нас, из электронов и нуклонов, и тогда правый винт там будет такой же, как у нас. Либо другой мир устроен наоборот и ядро «кобальта» в нем состоит из антипротонов и антинейтронов, а его оболочка — из позитронов, и тогда все это «сооружение», с нашей точки зрения, надо назвать антикобальтом. В этом случае посланное описание опыта привело бы к ошибке и винт, который по результатам испытаний был бы зачислен в правый, «на самом деле» оказался бы левым — «на самом деле» в том смысле, что, если бы винт прислали к нам, он оказался бы по геометрической форме таким же, как наш левый винт.

Значит, в описании есть пробел. Оно обладает неприятной двузначностью: одно и то же испытание с одним и тем же результатом пройдет и левый винт , сделанный из вещества и правый винт , сделанный из антивещества.

Не поможет и нейтринный канал; мы не в состоянии объяснить, из какого источника получено это нейтрино: ведь антикобальт излучает нейтрино, а кобальт—антинейтрино. Для того чтобы понять, какое нейтрино было поймано, надо опять-таки знать разницу между миром и антимиром.

Такое удивительное положение отражает «комбинированную симметрию» мира, существование которой было обнаружено Ландау. Но природа, приготовив ловушку, предусмотрела и выход из нее. Несколько лет назад, в 1964 году, на конференции в Дубне два американских физика, Кронин и Фитч, сообщили, что частица, которая называется K 0 2-мезон, распадается на три пиона:

Это сообщение вызвало сенсацию. Оно означало, что ландаувская симметрия неточна, что в мире есть процессы, в которых она нарушается!

Дело в том, что существуют два нейтральных каона — мезон K 0 1и мезон K 0 2. Они, как говорят, истинно нейтральные частицы, каждый из них совпадает со своей античастицей (как фотон или как нейтральный пион π 0). Поэтому в мире и антимире К 0одинаковые. Отличаются они между собой тем, что K 0 1распадается на два пиона, а K 0 2, как уже говорилось, — на три. K 0 2более «живучий». Его среднее время жизни примерно 10 –8 сек , в то время как K 0 1живет всего 10 –10 сек. Распады K 0 1→ 3π или К → 2π невозможны в мире с ландаувской симметрией, так же как из кобальта в нашем мире не может вылететь нейтрино!

И вдруг все оказалось не так. K 0 2распадались примерно в одном случае из 1000 на 2π. После этого их даже переименовали: стали называть долгоживущий К L и короткоживущий К S . Короткоживущий почти всегда распадается на два пиона:

и очень редко — на три. Долгоживущий распадается почти всегда на три пиона: