Вещество + антивещество = ?

В Стокгольме в Королевском технологическом институте отдел физики плазмы возглавляет, по выражению академика Б. П. Константинова, один из «интереснейших и оригинальных физиков и астрофизиков нашего времени», профессор Г. Альвен. Его работы в области магнитной гидродинамики, совсем молодом, но чрезвычайно быстроразвивающемся разделе современной физики, трудно переоценить. За научные достижения профессор Г. Альвен избран в 1966 году иностранным членом Академии наук СССР. Физикам известны многие глубокие исследования Альвена. Но вот совсем недавно вышла в издательстве «Мир» популярная книжка шведского профессора, посвященная описанию космологической гипотезы, которую Г. Альвен уже давно разрабатывает вместе с профессором О. Клейном. Суть гипотезы заключается в том, что оба автора, положив в основу своих взглядов концепцию о полной зарядовой симметрии мира, приходят к выводу о равноправности существования во вселенной как вещества, так и антивещества. И на этой базе вырастает гипотеза происхождения вселенной. Вот как определяет профессор Г. Альвен задачи, которые он видит стоящими перед собой:

«В нашем анализе мы старались не прибегать к каким-либо новым законам природы; напротив, мы старались понять, как далеко можно продвинуться, опираясь на уже известные законы. Иными словами, мы пытались включить проблемы космологии в систему идей лабораторной физики. Мы избегали также постановки вопросов: каким образом возникла вселенная и как далеко находятся ее границы, если таковые вообще существуют? Мы скромно ограничились рассмотрением последнего триллиона лет во времени и ближайшего триллиона световых лет в пространстве»...

Альвен и Клейн начинают рассматривать вселенную с момента, когда огромное сферическое пространство, заполненное сильно разреженной первоначальной плазмой с одинаковым содержанием протонов и антипротонов, подчиняясь законам тяготения, медленно сжимается. На какой-то стадии сжатия плотность плазмы достигает такой величины, что становятся заметными процессы аннигиляции, порождающие излучение. Излучение (главным образом, в виде гамма-лучей и радиоволн) накапливается, повышается его давление, которое останавливает сжатие. А потом наступает радиационный взрыв. Сжавшаяся плазма переходит в состояние расширения, которое продолжается и по сей день, о чем достаточно красноречиво свидетельствует галактическое красное смещение.

Но где же здесь галактики, звезды, планеты наконец? Неужели всюду плазма, да еще состоящая поровну из частиц и античастиц?.. Авторы гипотезы считают, что галактики должны образовываться одновременно с разлетанием, то есть с момента взрыва все идет так, что мало чем отличается от модели Гамова. Вот только антивещество... Сколько звездолетов стартовало со страниц фантастических романов в другие звездные системы, имея на борту «полные баки вещества» и не менее полные баки антивещества. «Встречаясь в фокусе гигантского зеркала, вещество и антивещество аннигилировали, разгоняя звездный корабль до скоростей, близких к световым». А теперь антифантастика.

Случалось ли вам брызнуть на раскаленную плиту? Наверняка случалось. И что? Ничего? В следующий раз будьте во время эксперимента внимательнее. «Если уронить каплю воды на плиту, нагретую немного больше 100° С, капля почти мгновенно с шипением испарится, — пишет Г. Альвен в своей книжке «Миры и антимиры». — Если температуру увеличить еще немного, капля как бы взрывается и исчезает за доли секунды. Но если нагреть плитку до нескольких сот градусов, докрасна, то происходит другое явление. Капля не испаряется мгновенно, она может оставаться на нагретой пластинке более 5 минут. Она начинает дрожать и метаться из стороны в сторону, постепенно уменьшаясь в размерах, прежде чем совсем исчезнуть».

Объяснение простое — между раскаленной плитой и каплей возникает слой пара, который служит изоляцией при передаче тепла. Чем выше температура плиты, тем толще слой пара — лучше изоляция, дольше держится капля. Просто, а выглядит парадоксом.

Это явление было исследовано и описано еще в XIX столетии, получив название эффект Лейденфроста, по имени первооткрывателя. А теперь вернемся на борт звездолета, движущегося с помощью аннигиляции. Выброшенные магнитными пушками, встречаются в фокусе отражателя куски вещества с антивеществом. Взрыв? Ослепительная вспышка ярче солнечного протуберанца?..

Ничуть не бывало. Не зажмуривайте глаза, не накрывайтесь белой простыней. Вспышка? Вроде есть, только маленькая, типа трамвайной искры. А дальше? Дальше неслышно (явление происходит в неслышном глубоком вакууме) оба куска разлетаются в разные стороны. Эффект, аналогичный явлению Лейденфроста. При первом соприкосновении вещества и антивещества произошла аннигиляция, и силы начавшегося взрыва разметали куски в разные стороны. Конечно, может быть, сравнивать начало аннигиляции с искрой на трамвайной дуге и не очень прилично, а главное, обидно для фантастов, но существует предположение, что реакция аннигиляции должна происходить довольно медленно, «сечение взаимодействия», как говорят специалисты, недостаточно для того, чтобы реакция аннигиляции протекала интенсивно.

А теперь вернемся ко вселенной. В начальный момент расширения, после радиационного взрыва, плазма горяча. Горячая плазма обладает прекрасной электропроводностью. В разлетающейся вселенной генерируются и бушуют магнитные поля. Они-то и играют роль сепаратора, отделяя положительно заряженные протоны от отрицательно заряженных антипротонов; не дают им сгореть, «проаннигилировать» всему веществу. В дальнейшем плазма из частиц создаст вещество, из него сконденсируются галактики, звезды, планеты, появится человек. Из античастиц произойдет все так же, только с соответствующей приставкой «анти».

Альвен и Клейн считают, что даже в пределах нашей Галактики могут существовать звезды из вещества и антивещества. Вы скажете: «А ну, как сблизятся?» Что ж? Еще на дальних подступах реакция аннигиляции настолько поднимет давление излучения в пограничном слое («слое Лейденфроста»), что тела из вещества и антивещества тут же начнут разбегаться в разные стороны. Альвен пишет, что «слой Лейденфроста» может быть очень тонким по космическим масштабам. При определенных условиях его толщина остается в пределах 0,001 светового года и даже меньше. Такой толщины, по-видимому, достаточно для эффективного разделения койновещества и антивещества. (Койновещёством шведский физик называет обычное, вещество нашего мира.)

Интересно отметить, что отличить звезду от антизвезды чрезвычайно трудно. Электромагнитное излучение обеих в принципе одинаково. Другое дело, если бы научиться регистрировать нейтрино и антинейтрино от далеких светил. Но судьба «нейтринной астрономии» пока что весьма неопределенная.

Академик Б. П. Константинов говорит, что взгляды Альвена и Клейна о равноправии вещества и антивещества во вселенной не разделяются большинством физиков и астрономов. «Я бы даже сказал, что эта гипотеза вызывает у физиков в какой-то степени отвращение». Причина — отсутствие доказательств существования антивещества во вселенной, а также нарушения симметрии при взаимодействии элементарных частиц и при бэта-распаде.

«По имеющимся сейчас данным, вполне возможно, что вселенная состоит только из протонов и электронов наряду с четырьмя видами нейтрино, а также квантов электромагнитного излучения. Но и это положение так же, как и гипотезу Альвена и Клейна, нельзя считать доказанным. Именно поэтому книга Альвена представляет большой интерес» - так заканчивается послесловие к книге «Миры и Антимиры», содержащей еще одну любопытную гипотезу развития вселенной.

Можно описать много любопытных гипотез. Рассказать об идее профессора К. П. Станюковича, согласно которой мир возник в результате столкновения двух элементарных частиц... Или описать гипотезу Дж. Уиллера. и Мизнера, согласно которой электрические заряды есть проявление особых свойств самого пространства; гипотезу Р. Фейнмана о так называемой «нейтринной вселенной».

Много, очень много интересных, в высшей степени остроумных идей высказано по поводу образования и развития вселенной. И в каждой, безусловно, заложено какое-то рациональное зерно. Ведь идеи высказывают люди, обладающие большими знаниями. Они сами прежде всего стремятся к тому, чтобы ничто в их предположениях не противоречило существующим законам. Новая теория, какой бы она ни была «сумасшедшей», не имеет права отрицать проверенные опытом старые законы. Она может их лишь обобщать, может подниматься над ними. Без соблюдения этого условия никто просто не станет рассматривать «новые» идеи.

Времена греков в длинных хитонах ушли безвозвратно. Это они, мудрецы и философы, создавали свои гипотетические построения, шагая по дорожкам и рассуждая. Только рассуждая... Сегодня этого мало. «Тем, кто не знает математики, трудно постичь подлинную, глубокую красоту природы... — говорит Р. Фейнман в лекциях о связи математики с физикой.— Она (природа) дает информацию лишь в одной форме, и мы не вправе требовать от нее, чтобы она изменила свой язык, стараясь привлечь наше внимание...»

Сложные и тонкие математические построения, развивающаяся теория тяготения, теория элементарных частиц, квантовая теория — вот далеко не полный научный арсенал современной космологии. Человечество накопило уже большой запас знаний, и не исключено, что еще нынешнее поколение явится свидетелем мощного качественного скачка, аналогичного перевороту, совершенному Эйнштейном, но уже на другом и, надо думать, более высоком теоретическом уровне.