Глеб Анфилов - Искусственное Солнце

Вместе с тем в природе существуют частицы, не подчиняющиеся принципу Паули. Это бозоны (от имени их исследователя Бозе). Они «пассажиры-бесплацкартники». В каждое состояние их вмещается сколько угодно. Понятно, что бозоны, к которым относятся фотоны, так называемые пи-мезоны и некоторые другие частицы, не способны к парному рождению. Но зато они могут служить великолепными «молотками» для ударов по вакууму.

В 1955 году американским физикам Сегре, Чемберлену, Виганду и Ипсилантису с помощью мощного ускорителя удалось обрушить на пустоту столь сильные удары, что из нее начали выпрыгивать протоны, сопровождаемые массивными дырками — антипротонами. «Молотками» служили пи-мезоны, которые возникали при резком торможении протонов, разогнанных до энергии в миллиарды электроновольт.

Вслед за тем на том же ускорителе были получены пары «нейтрон-антинейтрон» [10] Нейтрон—частица нейтральная, электрического заряда у нее нет, и отличие ее от антинейтрона проявляется в магнитных свойствах. .

Как видите, в настоящее время любой частице, составляющей атом, отвечает своя дырка в пустоте — своя античастица. Поэтому, вообще говоря, мыслимо представить себе атом, ядро которого построено из антипротонов и антинейтронов, а электронная оболочка — из позитронов. Это антиатом. А если вместе собраны неисчислимые мириады таких антиатомов? Они образуют вещество, составленное из дырок, — то, что принято называть антивеществом.

Атомы и антиатомы имеют вполне тождественное строение. Свет, рентгеновские лучи, радиоволны они излучают и поглощают совершенно одинаково. По этой причине издалека, через пустое пространство, мы никакими способами не сумели бы отличить вещества от антивеществ. Те и другие строго равноправны. И равноправие это вытекает из самых основ теории, из равноправия плюса и минуса перед квадратным корнем в релятивистском выражении энергии.

В результате принципиально невозможно доказать, что мы с вами состоим из атомов, а не из антиатомов. Сказать, что частицы нашей природы не являются дырками в пустоте, нельзя, как нельзя утверждать, что, например, у мыши хвост находится слева от туловища. Дело лишь в точке зрения, в условии рассуждений, Ведь сами понятия дырок и частиц относительны.

Позитрон, к примеру, можно считать частицей, а электрон — дыркой в ненаблюдаемом фоне позитронов. И никакими опытами невозможно определить, из чего «состоит» пустота — из электронов или из позитронов. Мы согласились называть себя состоящими из вещества и считать пустоту океаном протонов, нейтронов, электронов— вещественных частиц, энергия которых меньше, чем нуль. Согласились, только и всего. Дальнейшие домыслы были бы попросту незаконны. Не мудрено поэтому, что равноправие вещества и антивещества проявляется буквально в каждом свойстве.

И вот, несмотря на это абсолютное «юридическое» равенство, оба эти вида весомой материи — непримиримые враги. Они не терпят присутствия друг друга, как порох не выносит факела. Что это значит?

Представьте себе, что из антивещества построена какая-то далекая планета, и космический корабль, стартовавший с Земли, мчит к ней на всех парах. Вот он приблизился к цели, сейчас прикоснется к чужой почве... Что произойдет при таком прикосновении? Гигантский, невообразимо мощный взрыв — более сильный, чем взрыв тысяч водородных бомб. Дотронувшись до роковой планеты, космический корабль мгновенно исчезнет, целиком превратится в излучение.

В чем причины катастрофы?

Каждый протон, каждый нейтрон, каждый электрон, из которых состоят атомы корабля, при соприкосновении с антипротонами, антинейтронами и позитронами планеты сделают то же, что бильярдные шары, подкатившиеся к лузам. Частицы провалятся в античастицы — эти дырки в пустоте. Весь корабль низвергнется в незримую пучину небытия, в вакуум, увлекая с собой равное по массе количество материала чужой планеты и вызван неимоверную световую вспышку.

На языке науки этот процесс носит название аннигиляции [11] Ради большей строгости заметим, что полное превращение вещества и антивещества в свет произойдет лишь, если частицы столкнутся с собственными античастицами: протоны с антипротонами, нейтроны с антинейтронами и т. д. Если же антипротон столкнется, скажем, с нейтроном, то полного превращения вещества в свет не будет. Продуктами реакции окажутся электроны и нейтрино. . Вещество и антивещество взаимно поглощают друг друга, освобождая дотоле скрытую в них энергию. Причем выделение ее происходит в точном соответствии с эйнштейновской формулой Е = тс 2 .

В лабораторных условиях микроскопические копии подобных катастроф наблюдались и воспроизводились многократно. Физики каждый день видят, как превращаются в свет позитрон и столкнувшийся с ним электрон. Неизбежно аннигилируют, преобразуясь в невидимый свет, антипротоны с протонами, антинейтроны с нейтронами. Словом, предсказания Дирака получили в наши дни полное подтверждение.

Бегло и вкратце мы проиллюстрировали кое-какие выводы из научных воззрений основоположника релятивистской квантовой теории. Конечно, многое осталось вне нашего поля зрения. Слишком уж трудно изложить эти вопросы достаточно популярно. Но, пожалуй, мы вправе задать вопрос: в какой мере описанные воззрения все-таки соответствуют истине, подлинной природе вещей? Нельзя ли как-нибудь иначе истолковать рождение и аннигиляцию пар? Ведь, честно говоря, чересчур парадоксальными выглядят все эти частицы отрицательной энергии, незримые океаны сплошной материи вместо вакуума.

Очень трудно спорить с Дираком.

Пока не нашлось ни одного факта, противоречащего его взглядам. Наоборот, в последние годы найдено еще одно веское подтверждение им. Тонкими и сложными опытами удалось доказать, что пустота подвержена действию электрического поля, изменяет свое состояние вблизи электрически заряженных тел. Вакуум способен электризоваться, что свидетельствует о его материальной структуре.

И тем не менее сегодня физики считают, что картина природы, нарисованная английским ученым, — не единственно возможная.

Сила дираковских представлений в том, что они предсказали новые факты. Но теперь, задним числом, эти факты удается истолковать и по-иному. Разработана, к примеру, теория, обходящаяся без отрицательных энергий. Но зато в ней появляется... отрицательное время. Электрон, движущийся «против времени», оказывается позитроном — словно на киноэкране, когда кинопленка со съемкой поведения электрона пущена наоборот— с конца к началу. Попробуйте-ка уяснить себе это! Приходит на ум пословица: «хрен редьки не слаще». Движение в отрицательном направлении времени не уступает по парадоксальности отрицательным энергиям. Между тем математический аппарат новой теории в ряде случаев удобнее, чем дираковский, и им охотно пользуются физики-теоретики.