Антимиры?

Когда появилось это слово? Достоверно известно, что поэт Андрей Вознесенский не был первым человеком, употребившим его. Однако благодаря ему мы имеем возможность прочесть слово "антимиры" в утвердительной интонации, огромными буквами напечатанное на афишах Московского театра на Таганке.

Но кто же все-таки сказал "А"? Обратите внимание на логический генезис этого слова: "античастицы - антивещество- антимир". Ясно, что "А" сказали физики, открывшие античастицы. Сначала позитрон, а потом антипротон и другие.

В Новосибирске ученые впервые получили "кусок" антиматерии - пучок позитронов, который существовал часами. "Это было уже нечто почти реальное и ощутимое не только для физиков, но и для любого человека. Пожалуйста, смотрите, вот он - свет античастиц!" - говорил директор Новосибирского института ядерной физики академик Г. Будкер.

Но античастицы - это еще не антивещество. Обычное вещество состоит из атомов, а атомы - из атомных ядер и электронов. Все компоненты антивещества - антипротоны, антинейтроны и позитроны - были обнаружены экспериментально. Но оставался открытым вопрос: могут ли ядерные силы "склеивать" античастицы в антиядра?

У теоретиков на этот счет не было никаких сомнений. Их уравнения говорили о том, что наряду с античастицами должны существовать и антиядра, состоящие из антипротонов и антинейтронов. Ничто не мешало вообразить антимир, в котором все химические элементы были бы антиэлементами и заполняли бы "антитаблицу" Д. Менделеева. А по богатству химических соединений этот мир ни в чем не уступал бы нашему.

На ускорителе с энергией в 30 миллиардов электрон- вольт в Брукхейвене, в США, экспериментаторам удалось осуществить мечту теоретиков. Приборы зарегистрировали рождение антиядер дейтерия - тяжелого изотопа водорода. Антипротон и антинейтрон соединились в антиядро!

Следующий элемент в периодической таблице - гелий. А что, если античастицы не могут создавать ядер более тяжелых, чем дейтерий? Для выяснения этого вопроса необходим ускоритель с энергией в 70 миллиардов электрон-вольт.

Большая группа ученых под руководством члена-корреспондента АН СССР Ю. Прокошкина начала на Серпуховском ускорителе эксперимент поиска антиядер гелия. Проанализировав более 200 миллиардов частиц, экспериментаторы опознали среди них пять ядер антигелия.

Сложность решенной физиками задачи хорошо проиллюстрировал директор Института физики высоких энергий академик А. Логунов: "Если бы мы пожелали графически изобразить общее число пропущенных через установку частиц по отношению к зарегистрированным ядрам антигелия и представили бы на графике число ядер антигелия отрезком длиной в миллиметр, то число остальных частиц должно было изобразиться отрезком, равным длине земного экватора".

Открытие ядер антигелия подтверждает теорию существования антивещества. А наличие антивещества может иметь важнейшее значение для понимания эволюции вселенной и происходящих в ней процессов.

Частицы и античастицы при столкновении аннигилируют- "взрываются" с выделением огромной энергии. Из-за этой реакции антивещество не может существовать вместе с веществом. Поэтому гипотезу о существовании "антимиров" астрофизики использовали для объяснения обнаруженных во вселенной мощных источников излучения.

Элементарные частицы и излучение - вот общие предки всех звезд и галактик. И если пытаться решать проблемы космологии на основе знаний об элементарных частицах, добытых учеными с помощью ускорителей, то прежде всего надо вспомнить о законе сохранения барионного числа. Закон этот означает, что протоны и нейтроны всегда рождаются в паре со своими античастицами. Другими словами, вещество всегда рождается в одной и той же точке пространства и в тех же количествах, что и антивещество. Поэтому вполне естественно было предположить, что и "первобытная" плазма состояла из одинакового числа частиц и античастиц.

Ученые давно уже убедились, что солнечная система состоит только из вещества. Более того, если б вещество и антивещество были перемешаны в пределах нашей Галактики, то приборы на Земле непрерывно регистрировали бы мощное аннигиляционное излучение. А оно отсутствует.

Есть ли все-таки антивещество во вселенной?

Ответы, которые можно услышать сегодня, диаметрально противоположны. "Антивещества нет, это предмет рассуждения увлеченных лириков", - говорят одни. Они считают, что вселенная в первые же мгновения своего бытия была уже несимметричной - вещества в ней было больше, чем антивещества.

"Антивещества во вселенной может быть столько же, сколько и вещества, - утверждают другие, - ведь не существует доказательства, что его нет".

Зададимся другим вопросом: если антивещество во вселенной есть, то где же оно? Почему оно никак не проявляет себя?

Известные шведские ученые X. Альвен и Ф. Клейн считают, что вещество и антивещество разделились под действием электромагнитного поля на ранних стадиях развития вселенной. Поэтому, возможно, каждая вторая звезда или галактика состоит из антивещества.

"Почему-то легче поверить в то, - пишет в книге "Миры и антимиры" почетный член Академии наук СССР, профессор X. Альвен, - что из антивещества состоит какая-нибудь удаленная галактика. Слишком уж неприятным было бы опасное соседство с антизвездой. Однако анализ приводит нас к противоположному выводу: значительно труднее обосновать разделение вещества в галактических масштабах, нежели в масштабах сравнительно небольших областей внутри каждой галактики".

Открытие реликтового теплового излучения доказало справедливость "горячей" модели развития вселенной.

Но при этом вопрос об антивеществе оставался по-прежнему очень трудным. Не было достаточно обоснованного механизма разделения двух видов вещества на самой ранней стадии.

А вот всего несколько лет назад французский ученый Р. Омнэ предложил оригинальную гипотезу разделения вещества и антивещества в рамках как раз "горячей" модели. Поведение протонов и антипротонов, хорошо изученное в лабораториях на ускорителях, подсказало ему идею механизма разделения, напоминающего образование капелек жидкости в перенасыщенном паре. Более того, окажись свойства этих частиц иными, разделение уже нельзя было бы объяснить.

За время, меньшее 10^-5секунды, из первичной однородной плазмы образуется нечто вроде "эмульсии", из отдельных участков пространства, заполненных частицами и античастицами. А дальше - как в теории Альвена и Клейна: одинаковые участки, сталкиваясь, сливаются, а противоположные по барионному заряду отталкиваются благодаря давлению аннигиляционного излучения. Так постепенно они расходятся на значительные в космических масштабах расстояния.

Теоретические споры между сторонниками зарядовосимметричной и асимметричной вселенной продолжаются. Но окончательное решение даст, конечно, эксперимент.

Отличается ли свет от звезды и от антизвезды? Как обнаружить различие между миром и антимиром? Не исключено, что перед глазами астрономов разворачивают свои спирали и "рукава" антигалактики, мерцают антизвезды. Но электромагнитное излучение вещества и антивещества "на глаз" совершенно одинаково и неразличимо. А проверено ли все это на опыте?

Пока нет. Но вот о чем мечтает академик Г. Будкер: "Мы хотим попробовать создать в лаборатории не просто античастицы, а антиатомы. Надеемся получить достаточно заметную струю антиводорода, способную, скажем, прожечь лист бумаги. Так что можно будет изучить свойства антиводорода, в частности, исследовать его спектр. Сейчас астрофизики спорят, есть ли во вселенной антигалактики, равноправны ли материя и антиматерия? Может быть, наши эксперименты станут "судьей" в этом споре".

В принципе этот спор можно решить с помощью нейтрино. Звезда из антивещества или антигалактика вместо нейтрино должны излучать потоки антинейтрино. Вполне вероятно, что они достигают и поверхности Земли. Однако нейтринная астрономия здесь бессильна помочь. Даже от самых ярких звезд типа Сириуса на Землю попадает всего лишь одно нейтрино или антинейтрино на квадратный сантиметр в секунду.

Более реальна попытка обнаружить антивещество во вселенной, исследуя космические лучи, возникающие за пределами солнечной системы. Можно считать, что отдельные античастицы могут возникать при столкновении космических частиц большой энергии с межзвездным газом. Но вероятность образования сложных антиядер практически равна нулю. Если они будут все же обнаружены, то тем самым будет установлен факт существования далеких антимиров, откуда и прилетают готовые антиядра.

Пока что ни антипротонов, ни антиядер в космических лучах не обнаружено. Но точность экспериментов все время?

повышается, и, возможно, настанет время, когда ученые смогут расшифровать содержащуюся в космических лучах информацию об антивеществе во вселенной.

Академик Б. Константинов в 60-х годах высказал гипотезу, что если антимиры существуют, то до Земли должны долетать достаточно большие тела из антивещества.

Астрономы знают, что далеко не все кометы и метеоры движутся по эллиптическим орбитам и, так сказать, "приписаны" к солнечной системе. Некоторые из них попадают к нам из очень далеких областей Галактики. А потом либо сгорают в атмосфере Земли, либо навсегда исчезают в космических просторах. Нет ли среди них посланцев антимиров?

Всем хорошо известна история Тунгусского метеорита. Он взорвался в 1908 году в районе Подкаменной Тунгуски на высоте 5-10 километров над поверхностью земли. Сила взрыва была огромна - около 1024 эрг. Существует много версий этого события, вплоть до романтической гипотезы о взрыве космического корабля с пришельцами из внеземной цивилизации.

Но есть другое, более естественное, более вероятное и не менее увлекательное предположение. Может быть, Тунгусский метеорит - кусок антивещества, случайно залетевший в атмосферу Земли?

Взрыв, аналогичный взрыву атомной или водородной бомбы в атмосфере, требует специальных условий, создать которые может только разумное существо. Для аннигиляционного же взрыва необходимо только наличие самого антивещества.

При таком взрыве в атмосфере должно увеличиться количество ядер радиоактивного углерода. Засвидетельствовать это могут только поглощающие углерод деревья - современники Тунгусского метеорита. К сожалению, пока что при исследовании на радиоактивность годовых слоев старых деревьев, относящихся к 1909 году, замечено лишь однопроцентное превышение изотопа углерода - 14 по сравнению со средним его количеством за сорок лет. А эта цифра находится в пределах точности измерений.

Полученные результаты не доказали гипотезы об антиметеорите, но и не опровергли ее окончательно. Вопрос, как говорят ученые, остается открытым.

Луна, которая стала теперь непосредственным объектом экспериментальных исследований советских и американских ученых, может быть, тоже поможет нам в решении проблемы наличия вещества и антивещества в природе. У нашего спутника нет атмосферы, и если антиметеориты когда-нибудь падали на его поверхность, то при аннигиляции они должны были оставить радиоактивные пятна с повышенным содержанием такого дол- гоживущего элемента, как алюминий - 26.

Внимание академика Б. Константинова особенно привлекали кометы - необычные космические тела, которые при небольшом размере, в пределах десяти километров, имеют длинный хвост, тянущийся на сотни километров. Обычно это объясняется тем, что комета состоит из ледяных глыб. А может быть, некоторые кометы- это не что иное, как антиастероиды, попавшие в солнечную систему из антимира?

Такое предположение породило еще один метод поиска антивещества. Кометы заканчивают свое существование, превращаясь в метеорные потоки. Но при встрече метеоров из антивещества с атмосферой Земли должна происходить их аннигиляция - должны возникать гамма-кванты с определенной энергией.

Группа ученых Ленинградского физико-технического института под руководством профессора М. Бредова уже несколько лет занимается экспериментальным исследованием проблемы симметрии вещества и антивещества в природе. С помощью радиолокационного метода они регистрируют момент вхождения метеора в атмосферу, а по другим приборам одновременно наблюдают, не увеличилась ли интенсивность излучения, типичного для аннигиляции.

За четыре года были исследованы все основные метеорные потоки. Результаты оказались обнадеживающими. Вхождение метеоров в атмосферу сопровождалось усилением специфического излучения.

Были проведены и другие опыты. На искусственном спутнике Земли поместили приборы для регистрации гамма-квантов строго определенной энергии, возникающих при встрече электронов и позитронов. Было зафиксировано, что число гамма-квантов меняется в зависимости от метеорной активности.

Увеличение интенсивности излучения, обнаруженное двумя разными методиками, по-видимому, можно считать доказанным достаточно надежно.

"Вопрос о симметрии вселенной, - говорил профессор М. Бредов, - приобрел сейчас острогу не только в плане теоретической дискуссии, но и в чисто экспериментальном плане, поскольку факты будто бы свидетельствуют в пользу нашей гипотезы. Но мы не рискуем сказать решительное "да" там, где пока многое неясно. А трудностей еще очень много. Проблема остродискуссионна, и, быть может, именно поэтому она крайне интересна".