gfmjmf

Крупнейшие физики XIX и XX веков питали необъяснимую склонность к понятию симметрии, а следовательно, к понятию зеркального отражения. Ведь все симметричное словно составлено из двух частей — объекта и его отражения, неразрывно связанных осью (или плоскостью) симметрии.

Первым творцом «зеркального мира» может быть назван, например, Джеймс Клерк Максвелл, в чьих уравнениях электричество и магнетизм оказались так же непреложно связаны, как сон и жизнь в представлениях некоторых фантастов и Роберта Фута.

Уравнения Максвелла получились поразительно симметричными, однако ученый добился этого хитрым трюком. Он ввел так называемый ток смещения — величину, пропорциональную скорости изменения электрического поля в вакууме. Это вакуумное поле, согласно Максвеллу, порождает вихревое магнитное поле. Но ведь в вакууме — в полной пустоте — быть не должно электрического тока. Между тем немецкий физик Генрих Герц именно на основании уравнений Максвелла доказал тождественность электромагнитных и световых волн.

Максвелл не случайно стремился придать своим формулам симметричный вид. Асимметрия давно пугает ученых. Они почти с обидой говорят о «нарушении симметрии», словно боясь потрясения основ мироздания.

Вот другой творец «зеркального мира» — английский физик Поль Дирак. Ему не понравилось основное уравнение квантовой физики — уравнение Шредингера, в котором время и пространство оказались неравноправными категориями. Поэтому Дирак решил привести уравнение к тому виду, который вполне бы удовлетворил сторонников Эйнштейна: время и пространство должны содержаться в уравнении в одной и той же — первой — степени. В конце концов, подобный трюк удался Дираку. Правда, формула заметно усложнилась. Вдобавок из нее следовали неожиданные выводы.

Сперва — приятный. Теперь уравнение Шредингера — Дирака стало описывать еще и «спин» электрона, момент количества его движения. Другой вывод озадачивал: из новой формулы явствовало, что может существовать отрицательная кинетическая энергия, то есть энергия, чье значение меньше нуля. Как это так? Если объект движется, его кинетическая энергия положительна, если пребывает в покое, равна нулю, а если она отрицательна, что тогда?

На первый взгляд, это не поддавалось никакому объяснению. Однако Дирак был заворожен красотой получившейся формулы и уверен в ее правильности. В течение двух лет он пытался найти объяснение «отрицательной энергии». В конце концов он убедился, что вернуть миру утраченную стабильность можно, лишь допустив существование зеркальных двойников у каждой элементарной частицы, двойников, имеющих ту же массу и противоположный заряд. Так возникла идея анти вещества. Через несколько лет она нашла блестящее подтверждение.

В 1932 году американский физик Карл Андерсон случайно обнаружил в космическом излучении позитрон, то есть положительно заряженный электрон, первую из предсказанных Дираком античастиц (кстати, сам Андерсон ничего не знал об этой гипотезе). Открытие античастиц явилось одним из крупнейших достижений физики XX века. Андерсон и Дирак в ближайшие годы были удостоены Нобелевских премий. Они стали творцами нового «зеркального мира», мира антивещества. Вот только где его было искать?

Нигде во Вселенной не оказалось и следа его существования. По общепринятой теории, уже через тысячную долю секунды после Большого Взрыва почти все антикварки — основа антивещества — погибли, встретившись со своими двойниками. Остались лишь некоторые кварки, которым «не хватило» своих антиподов, поскольку изначально вещества было на миллиардную долю больше, чем антивещества.

Впрочем, так ли хорошо мы знаем космос? По мнению некоторых исследователей, таинственные гамма- вспышки, наблюдаемые сейчас на окраине Вселенной, объясняются столкновением вещества и антивещества. Предполагается, что Вселенная почти на треть составлена из неизвестных нам частиц — аксионов и нейтралино, образующих «темную материю». Впрочем, это лишь гипотеза.

Странно звучат и планы НАСА использовать антивещество в качестве топлива для космических кораблей (предлагалось это еще до катастрофы корабля «Колумбия»). Однако подобное горючее обойдется слишком дорого; хранить его очень трудно, а контролировать выработку энергии нельзя. Впрочем, в НАСА уже спроектировал и двигатель, работающий на антивеществе, детально предусмотрев его производство, хранение и использование. А недавно на ускорителе ЦЕРН в Женеве сумели получить и накопить в магнитной ловушке 50 тысяч атомов антиводорода.

Еще один «зеркальный мир» родился из математических экзерсисов британского физика Майкла Грина и Джона Шварца из Калифорнийского технологического института, творцов «теории струны», подменивших элементарные частицы крохотными «струнами» (strings). В их теории все мироздание сводится к бесконечным вибрациям незримых тончайших нитей («Знание — сила», 2003, N° 4).

Соединив эти «сказочные» идеи Грина и Шварца с положениями квантовой физики, английский ученый Стивен Хоукинг создал свою теорию «параллельных миров». Согласно ей, имеется бесконечное множество вселенных. являющихся двойниками нашей Вселенной («Знание — сила», 2003, No 2).

Впрочем, сами Грин и Шварц пришли к не менее любопытным выводам, попытавшись втиснуть в свои расчеты силу тяжести. Оказалось, что в этом случае у каждой элементарной частицы, снующей в подлунном мире, появляется свой двойник в мире зеркальном, или мнимом. У этого двойника те же свойства, что у настоящей частицы, та же масса, тот же заряд. Вот только ее материя превратилась в энергию зеркального двойника, а ее энергия — в его материю. Туманно? Как изображение на запотевшем стекле, но попробуем все же разобраться.

Физики выделяют две принципиально разные категории элементарных частиц: фермионы и бозоны. Первые — вещественные частицы. Они занимают определенное место в пространстве, и ни одна другая вещественная частица не может оказаться на месте фермиона. Оно занято. Точно так же ни один человек не может побывать, образно говоря, «в вашей шкуре». Вас могут оттеснить, но никак не слиться с вами. Вот и между фермионами всегда имеется какая-то дистанция. Им не совпасть друг с другом. Подобное свойство вещественных частиц обусловливает стабильность всей материи. Самые известные из них — электроны, протоны, нейтроны.

А вот бозоны — это силовые частицы, или «кванты возбуждений, распространяющиеся в системе». Их можно назвать также частицами (квантами) энергии. У них нет массы, как нет и ограничения на число бозонов, способных находиться в данной точке пространства. Они могут скапливаться на одном месте, образуя поток частиц, не отличимых друг от друга. Пример подобной частицы — фотон (квант света). Любая точка пространства может быть слегка освещена световым бликом, нормально освещена дневным светом, озарена яркой вспышкой лучей.