Антимиры и рождение Вселенной

Частица и античастица — сюжет, который не может оставить равнодушным ни физика, ни философа, ни поэта, ни журналиста. Однако, хотя каждому из основных «кирпичиков» мироздания — протону, нейтрону и электрону — соответствует своя античастица, до сих пор не удавалось наблюдать или получить антивещество в заметных количествах. Все, чего удалось добиться,— заставить существовать в течение очень малого промежутка времени антиатом, то есть атом антивещества, построенный из антипротонов, антинейтронов и позитронов. Но «построить» из антиатомов антимолекулу или накопить из них хотя бы один миллиграмм антивещества — экспериментальные задачи отдаленного будущего.

Согласно большинству космологических моделей, во Вселенной (по крайней мере, в ее наблюдаемой части) также отсутствует антивещество. Эту «асимметрию» Вселенной можно логически увязать с ее асимметрией другого типа: время течет лишь в одном направлении, «все на свете» необратимо (кроме процессов микромира). В самом деле, античастицу можно рассматривать как частицу, эволюционирующую в обратном направлении времени. Но для макроскопических образований понятное движение во времени воспрещено вторым началом термодинамики, предписывающим необратимость жизни коллективов многих частиц.

Эта печать необратимости лежит на двух наиболее известных космологических схемах. Одна из них широко признанная концепция «большого взрыва», согласно которой мир возник из «первоатома» и продолжает расширяться с момента своего рождения. Вторая теория стационарного состояния, по которой Вселенная также расширяется (как того требует соответствие с экспериментально открытым в 1929 году Э. Хабблом явлением разбегания галактик), но средняя плотность вещества в ней не уменьшается: оно непрерывно создается неким гипотетическим «творящим полем». (Для компенсации хаббловского разбегания достаточно допустить зарождение примерно трех атомов в год в одном кубическом километре пространства.)

И вот недавно французский физик Ролан Омнес выдвинул интересную космологическую схему. Она базируется на оригинальном истолковании экспериментальных данных о космическом гамма-излучении.

Детекторы, установленные на трех последних лунных кораблях «Аполлон», зарегистрировали гамма-излучение очень характерных энергий. В частности, обнаружен довольно заметный поток гамма-квантов с энергией 0,5 Мэв. А кванты с точно такой энергией образуются при аннигиляции пары электрон—позитрон. Еще одна зарегистрированная «гамма-линия» расценивается специалистами как конечный продукт аннигиляции протонов с антипротонами.

На эти данные, интерпретируемые как свидетельство аннигиляции вещества и антивещества, и опирается модель Омнеса.

Автор утверждает: вещество и антивещество неравноправны лишь в той части мира, которая доступна нашим наблюдениям, ибо она, эта часть мира, лежит в одной из областей чистого вещества. Во Вселенной же в целом вещество и антивещество абсолютно равноправны — области чистого вещества по своей суммарной массе равны областям чистого антивещества во всей Вселенной.

Эта схема вполне согласуется с математической моделью расширяющейся Вселенной, созданной на основе уравнений Эйнштейна А. А. Фридманом и предвосхитившей открытие Хаббла.

Основные этапы космологической схемы Омнеса таковы. «Вначале» был свет, и ничего более. («Вначале» теперь означает: не в момент творения Вселенной, а вначале одной из двух, вечно сменяющих друг друга фаз развития мира.) Только электромагнитное излучение, характеризующееся температурой в несколько миллиардов градусов, «шар света среди ночи без конца».

«Большому взрыву», означающему в ортодоксальной космологии «начало мира», в схеме Омнеса соответствует начало массовых актов рождения вещества. Энергия фотонов-квантов высокотемпературного электромагнитного излучения достаточна для образования пар протон — антипротон, нейтрон — антинейтрон, электрон — позитрон. Возникает своеобразный «туман», смесь электромагнитного излучения с парами «частица — античастица», разновидность плазмы, которую физики называют «гамовской» — по имени теоретика Дж. Гамова, впервые описавшего ее свойства.

Второй этап, по оценке Омнеса, длится всего несколько долей секунды. Частицы и античастицы, обладающие энергиями ниже 1 Гэв, отталкиваются друг от друга, образуя области чистого вещества и чистого антивещества. Эта сепарация, утверждает ученый, подобна фазовому переходу: примерно так же в процессе таяния вода отделяется от льда или в процессе испарения — от пара.

Нуклон-антинуклонные взаимодействия способны в течение долей секунды разбросать частицы и античастицы, дать им, что называется, первый толчок. Затем области вещества и антивещества вновь обнаруживают тенденцию к перемешиванию, но, к счастью для нас, слишком поздно!

Между мирами появляется непроходимая граница. Возникает она в результате взаимодействия заряженных частиц с остаточным электромагнитным излучением. В поле этого излучения частицы начинают хаотически колебаться и скоропостижно терять при этом свою энергию. Они как бы вязнут в реликтовом излучении. Огромная вязкость гамовской плазмы на границах этих областей препятствует аннигиляции миров и антимиров в целом. Они возникли, они существуют, и в их числе тот в котором мы находимся в настоящее время.

Что же дальше? Температура внутри областей продолжает понижаться, и наступает миг, когда становится достаточно «прохладно» для образования атомов (и антиатомов — в антимирах). Вместо хаоса заряженных частиц появляются; нейтральные атомы, в которых электроны вращаются вокруг протонов в ядре (у нас) и позитроны вокруг антипротонов — в антиядре («за границей», в антимире). А на границах этих непримиримых областей вещества и антивещества происходят ожесточенные конфликты — процессы аннигиляции, которые вызывают сверхзвуковую турбулентность, приводящую к образованию галактик (и, соответственно, антигалактик). При этом энергия, которая выделяется в процессах аннигиляции (она в сотни раз превосходит энергию термоядерного синтеза при взрыве водородных бомб или во внутризвездных процессах), идет на формирование галактик и на сообщение им вращения.

С помощью космологической схемы Омнеса удается дать простое объяснение многим важнейшим открытиям астрономии последнего времени.

Реликтовое микроволновое излучение с температурой около 3°К — это просто оставшееся неиспользованным, остывшее «творящее» поле.

Летевшими к Луне космическими кораблями был отмечен всплеск интенсивности гамма- лучей еще в одном энергетическом интервале — от одного до ста миллионов электрон-вольт. Для объяснения этих всплесков в последнее время выдвинуты самые разнообразные и зачастую далеко отстоящие друг от друга модели. Это и тормозное излучение электронов, ускоренных в солнечной вспышке, и «тихий коллапс», и гамма-вспышки магнитных звезд, и излучение белых карликов. Сейчас многие ученые интерпретируют это как свидетельство тому, что основным источником космического гамма-излучения являются процессы аннигиляции на границах миров с антимирами. Ведь указанный интервал энергий особенно характерен для квантов, возникающих при аннигиляции вещества и антивещества.

Заманчиво представить себе антимиры с их антигалактиками и антизвездами, антипланеты, населенные антиживотными и антилюдьми. Эти существа должны быть построены из элементарных частиц противоположного знака, чем те, из которых построены мы. Хотелось бы понять, что означает эта «антисимметрия»? Если античастицу можно рассматривать как частицу, идущую в обратном направлении времени, то не течет ли в антимирах время в другую сторону по сравнению с нашим миром? И не эта ли космологическая схема окажется лучшим опровержением версии о тепловой смерти Вселенной?

В схеме Омнеса мало разработанным остается вопрос о «пусковом механизме», переключающем основные, постоянно сменяющие друг друга фазы Вселенной: «стихийное» возникновение ее вещества (и антивещества) из света и всеобщая аннигиляция всех ее частиц, очередное погружение Вселенной в стадию единого изначального света. Но смена этих фаз, напоминающая сюжет из древнеиндийской мифологии — «дни и ночи Брамы», соответствующие беспрерывно чередующемуся рождению и уничтожению мира,— предполагается в основе этой схемы. Таким странным образом знания древнеиндийских брахманов переплелись с новейшими научными исследованиями в сфере астрофизики.

Автор: В. Тихомиров.