Антимир: совсем рядом

В конце XVIII века многие передовые ученые, смелые, вольнолюбивые писатели и антиклерикальные философы с негодованием отвергали идею о «падающих с неба» камнях. Их рассуждение было убедительным и очень логичным: если с неба падают камни, то, очевидно, существует небесная твердь, по которой, согласно утверждению теологов, ходят ангелы. Впоследствии выяснилось, что хотя небесной тверди нет, метеориты все же существуют.

Зато теперь любой старшеклассник уверенно отрапортует: небесные камни — это осколки комет, а может быть, и планет и других небесных тел. Они носятся в космосе, а если попадают в поле притяжения Земли, то врезываются с огромной скоростью в атмосферу. Тут они разогреваются, как идущие на посадку космические корабли, начинают светиться и большей частью целиком сгорают. Загоревшиеся метеориты — метеоры — называют поэтически падающими звездами.

Как видим, в метеоритах нет ничего загадочного и удивительного. Сверкнула в небе падающая звезда — испарился, сгорел еще один осколок кометы. Только-то и всего. Но академик Б. П. Константинов вместе с рядом других ученых предполагают, что тут может происходить и более сложное явление. Не исключено, что какая-то часть метеоритов состоит из антивещества и что яркий след, который мы видим в небе, оставлен не раскаленной от трения об атмосферу крупинкой обычного вещества, а миниатюрной физической катастрофой: полной аннигиляцией антивещества при столкновении с веществом атмосферы, превращением всех составляющих его элементарных частиц. Антипротоны, антинейтроны, антиэлектроны вместе с таким же количеством протонов, нейтронов и электронов превращаются в излучение.

Правда, на первый взгляд, ничто в поведении метеоритов не выдает их антивещественной природы, ничто не заставляет видеть в них вестников антимиров. Метеорные вспышки долго были вне подозрений. Но ни одна научная гипотеза не возникает по прихоти ученого: взял и придумал. И если ничто в поведении метеоритов не выдает их антивещественной природы, то должна быть какая-то иная причина, заставившая ученых подозревать в столь обыденном и привычном явлении нечто поразительное и, как думают некоторые физики, даже невероятное: постоянные, длящиеся изо дня в день уже миллиарды лет, встречи Земли с представителями антимиров.

Основания для того, чтобы допустить такую возможность, были, но связаны они, эти основания, не с самими метеоритами, а с порождающими их кометами.

Как незаконная комета…

Бойкий школьник, возможно, продолжит свои комментарии разъяснением, что в кометах, порождающих потоки метеоритов, тоже нет ничего таинственного. Однако астрономы будут осторожней: они с опаской относятся к «незаконным кометам в кругу расчисленных светил».

Несмотря на огромные успехи астрономии, до сих пор не удалось создать теории комет, удовлетворительно объясняющей наблюдаемые явления.

Яркость «Большой сентябрьской» кометы 1882 года при ее максимальном приближении к Солнцу в 60 раз превысила яркость Луны. Комета буквально на глазах «разгоралась», а затем ее ядро разделилось на несколько частей. Образовавшиеся осколки ядра стали двигаться по новым орбитам, и ни сопротивлением солнечной атмосферы, ни действием приливных сил Солнца нельзя было объяснить характер движения осколков.

Столь же удивительна история кометы, замеченной 6 ноября 1892 года. За короткое время яркость и диаметр ее ядра возросли в сотни раз. Потом ядро кометы распалось, и осколки помчались по новым орбитам. Одновременно в пространстве были выброшены концентрические облака вещества.

Таких странных, как бы взрывающихся при приближении к Солнцу комет известно довольно много. Одно время предпринимались попытки объяснить все происходящее с ними не взрывом, а столкновением кометы с достаточно крупным метеоритом. Но странных комет много, крупных же метеоритов в околосолнечном пространстве мало. Возможность космического столкновения не исключена, но она маловероятна. Полеты космических кораблей доказали, что вероятность столкновений комет с большими метеоритами не просто мала, а ничтожна. В то же время никто не мог достаточно ясно представить себе характер самовзрывающихся при приближении к Солнцу бомб, запрятанных в ядрах комет.

Не лучше обстоит дело и с вопросом о том, откуда берутся кометы. Сторонники теории зарождения комет внутри солнечной системы делятся на два лагеря: одни считают возможным, что кометы образовались в результате выбросов при извержениях вулканов на крупных планетах солнечной системы. Астрономы из другого лагеря видят в кометах остатки гипотетической планеты, существовавшей между Марсом и Юпитером. Однако и то и другое — гипотезы, объясняющие далеко не все известные факты. Есть основания считать, например, что кометы сравнительно молоды, жизнь их недолговечна. А распад планеты мог произойти только миллиарды лет назад. Весьма вероятно, что эти удивительные небесные тела, или, по крайней мере, часть из них, захватываются солнечной системой извне. Но космос полон тайн.

Что, если часть захваченных комет состоит из антивещества? Тогда они должны при приближении к Солнцу, где плотность обычного вещества становится больше, «разгораться», тогда аннигиляция кометного вещества может привести к взрыву кометы, тогда образовавшиеся при взрыве осколки ядра начнут свое космическое путешествие по новым орбитам, тогда возникшие при разрушении антивещественной кометы антиметеориты должны будут при попадании в атмосферу Земли аннигилировать.

Но насколько вероятен захват солнечной системой антивещества из космического пространства?

Таинственный сепаратор

Антимиры выдумал Дирак. Об ученых не принято говорить «выдумал». Поэтому необходимо сразу пояснить, почему здесь употреблен такой термин.

Известный английский физик Поль Дирак предсказал в 1930 году существование антиэлектрона, элементарной частицы, имеющей такую же массу, как и электрон, но несущей не отрицательный, а положительный заряд, тоже равный заряду электрона. Предсказана была эта античастица, экспериментально обнаруженная в 1932 году С. Андерсоном и получившая название позитрон, на основании выводов из теории, стремившейся объединить две величайших идеи ХХ века: квантовую механику и теорию относительности. Это было выдающимся научным подвигом. Чтобы совершать научные подвиги, необходимо глубоко понимать теорию, уметь делать из уже известных научных обобщений далеко идущие выводы, обладать не только сильной научной фантазией, но и незаурядной смелостью мысли.

Иное дело предположение о существовании антизвезд, которое тоже сделал Дирак. Схематическая картина мира, состоящего из скоплений обычного вещества и антивещества, вытекала из представлений Дирака об их равноправии. Если существуют античастицы, то могут существовать и антиатомы. Из антиатомов можно построить антимолекулы. Из античастиц и антимолекул могут состоять планеты, звезды и галактики, совершенно подобные нашим обычным. Вот, собственно, и все, что первоначально вкладывалось в представление об антимирах.

Но идея об их существовании оказалась весьма плодотворной. Разработано несколько гипотез происхождения элементарных частиц. Объединим их все такой грубой моделью: пусть в гигантской мельнице перемалывается какое-то первоначальное вещество (быть может, кварки, а быть может, и обычное вещество в сверхплотном состоянии). Пусть из этой мельницы сыплются элементарные частицы. Возникновение частиц и античастиц — события равновероятные. Теория и практика, физичecкиe эксперименты и наблюдения за рождением элементарных частиц в космических лучах подтверждают возникновение частиц и античастиц парами. Значит, наша воображаемая мельница должна была производить смесь вещества и антивещества, судьбу которой нетрудно предвидеть: аннигиляция, уничтожение и частиц и античастиц, превращение всего сущего в гигантскую вспышку излучений.

Но этого не произошло! Что-то обеспечило либо превышение числа частиц над античастицами, либо разделение частиц и античастиц более тщательное и надежное, чем сортировка семян муравьями, выручившими бедного Ивана-царевича по приказанию Василисы Прекрасной. Но что могло «развести» частицы и античастицы во Вселенной? На этот вопрос наука пока ответить не может. Любителей скоропалительных решений мировых загадок предупреждаем, что разделительной силой, мировым сепаратором, не могли быть ни гравитационные поля, ибо массы и частиц и античастиц одинаково взаимодействуют с тяготением, ни электромагнитные поля, потому что и те и другие могут быть и заряженные и нейтральные.

Природа космического сепаратора нам не известна. Но так или иначе, если он сработал, то в мире должны были бы существовать разделенные огромными пространствами звезды и антизвезды, сближение которых грозило бы сверхгигантскими вспышками в космосе. Но одно дело сближение звезд, другое — обмен их систем небольшими порциями вещества. Вторжение в солнечную систему антикомет, например, не грозит катастрофой для Солнца и его планет, попадание в земную атмосферу достаточно мелких антиметеоритов совершенно безвредно для нашей планеты. Однако комета, состоящая из антивещества и захваченная Солнцем, обречена на гибель, а у антиметеорита нет никаких шансов достигнуть поверхности Земли.

Следы из гибели

Как только стало известно о предсказании Дираком существования позитронов, было рассчитано, что срок жизни этих античастиц у поверхности Земли не превышает миллионной доли секунды: за это время каждый позитрон должен столкнуться с каким-либо электроном, после чего обе частицы аннигилируют.

Антиметеорит весом в стомиллионную долю грамма может уже прожить в верхних слоях земной атмосферы гораздо дольше, единичные столкновения с атомами кислорода, азота и других газов приведут, правда, к его частичному превращению в излучение, но все же он сумеет проникнуть до высоты в 100—80 километров и лишь здесь, в сравнительно плотных слоях атмосферы, произойдет его почти мгновенная гибель — яркая вспышка.

Антикометы «живут» тысячи, может быть, сотни тысяч лет. Но и им нет спасенья: встречи антикомет с обычными микрометеоритами, межпланетным газом и с частицами, испускаемыми в пространство Солнцем, неизбежны, а каждая такая встреча приводит к аннигиляции доли антикометного вещества.

Выход энергии при аннигиляции вещества определяется по формуле Эйнштейна: Е = mc².

Если аннигилирует всего один килограмм антивещества, то согласно этой формуле выделится столько же энергии, сколько при сгорании примерно трех миллионов тонн каменного угля.

Если бы нам была известна масса метеорита, влетевшего в атмосферу, то, зная количество энергии, выделяющейся на грамм вещества (в результате трения и горения) и на грамм антивещества (в результате аннигиляции), мы могли бы по световому эффекту определить, с чем мы имеем дело: с метеоритом или антиметеоритом. К сожалению, измерить массу вспыхнувшего метеорита почти невозможно. Приходится, наоборот, по световому эффекту, по времени горения падающей звезды, по длине и ширине ее следа в атмосфере оценивать размер и массу небесных пришельцев, но все эти эффекты может вызвать и большой метеорит и крохотный антиметеорит. Чтобы определить природу метеоритов, необходимы дополнительные данные о результатах аннигиляции частиц: нужно знать, не возникает ли при этом каких-либо особых излучений, отличающихся от видимых и невидимых лучей, сопровождающих вспышки обычного вещества. Физика предоставила в распоряжение экспериментаторов необходимые сведения.

Оказывается, при аннигиляции антиметеоритов должны возникать потоки гамма-лучей и нейтронов. И тут уже ученых ожидала особая удача: гамма-лучи и нейтроны способны довольно далеко проникать сквозь толстые слои атмосферы. Их необязательно улавливать именно неподалеку от вспыхнувшего метеорита — представляете, сколь сложной была бы задача совмещения прибора, улавливающего излучения, и самого метеорита, влетающего с космической скоростью в атмосферу! Но гамма-излучения метеоритов (антиметеоритов!) и образующиеся при аннигиляции элементарных частиц нейтроны можно поймать приборами на расстоянии десятков километров от места гибели антиметеорита, на высоте всего в 13—18 километров над Землей, куда не так уж сложно вынести необходимую аппаратуру.

Так родилась схема опыта: детекторы гамма квантов и нейтронов поднимаются на высоту 13—18 километров и с их помощью, прежде всего, измеряется фон космического излучения в отсутствие метеоров. Затем измерения повторяются в тот момент, когда метеор вспыхивает над прибором (время и место вспышки метеора регистрируется радиолокатором). Результаты измерений сопоставляются, и если оказывается, что некоторые вспышки метеоров сопровождаются усилением гамма-излучений и нейтронных потоков, то можно считать задачу «диагностики» антивещества решенной.

В течение трех с половиной лет группой Б. П. Константинова было проведено около сотни таких наблюдений. Удалось зарегистрировать более 2000 вспышек метеоритов над детекторами. Детекторы гамма-лучей и детекторы нейтронов согласно зарегистрировали усиление интенсивности «своих» излучений в моменты некоторых вспышек. Вероятность таких усилений в результате ошибок в работе приборов или случайных колебаний интенсивности фона очень мала — не более одной миллионной. Таким образом, можно считать, что первые опыты подтвердили гипотезу Б. П. Константинова о существовании метеоритов из антивещества. Но это значит, что антивещественна природа и ряда комет, а из этого, в свою очередь, вытекает вывод о том, что антивещество широко распространено в природе, что антизвезды — реальность, что симметрия мира — его состав из равного количества вещества и антивещества — также становится более реальной.

Однако сам ученый подчеркивает, что точность проведенных экспериментов недостаточна для того, чтобы сделать окончательные выводы. Любопытное обстоятельство: приборы, детекторы предельно точны — они улавливают «избыток» в один гамма-квант, регистрируют даже один «лишний» нейтрон. При каждой вспышке предполагаемого антиметеорита как раз и улавливается в среднем детекторами один лишний квант гамма-излучения и лишний нейтрон. Это доказывает высокое качество приборов, но Б. П. Константинов предпочел бы более грубые измерения значительно более мощных потоков избыточных излучений.

Предстоят новые опыты. Возможно, придется поднять приборы на значительно большую величину, приблизить их к месту вспышек, чтобы улавливать не единичные кванты и нейтроны, а целые потоки этих следов гибели антиметеоритов. На постановку таких опытов уйдут еще годы, и нам надо набраться терпения.

Радиоактивны пятна Луны

Речь идет о тщательном изучении радиоактивности пород, образующих поверхность естественного спутника нашей планеты.

Следует ожидать, что у Луны есть некоторый равномерный фон радиоактивности. Указания на слабую радиоактивность Луны были получены, в частности, приборами, установленными на борту автоматической станции «Луна-9».

У равномерного, фонового радиоизлучения Луны есть два вероятных источника: радиоактивность элементов с периодами полураспада порядка миллиардов лет, входящих в состав горных пород (короткоживущие радиоактивные элементы не сохранились до наших дней), и вторичная, «наведенная» радиоактивность нестойких изотопов, возникших в результате воздействия на горные породы космических лучей. Поскольку космические лучи достигают лунной поверхности и в наше время, периоды полураспада обязанных своим существованиям этим лучам радиоактивных элементов могут быть любыми: от ничтожных долей секунды до миллиардов лет.

Профессор Н. А. Власов впервые высказал идею, что падение антиметеоритов должно привести к появлению на поверхности Луны радиопятен — участков с ясно выраженной повышенной радиоактивностью.

Любой, даже самый маленький, осколок антивещества достигнет поверхности Луны — его падению не воспрепятствует, как на Земле, атмосфера. Взрыв, аннигиляция антивещества произойдет уже на твердой поверхности. Часть мощного излучения отразится от горных пород и уйдет в мировое пространство, но другая его часть, примерно половина, пронижет горные породы, проникнет в них на глубину нескольких метров. Здесь он, по расчетам профессора Власова, вызовет образование радиоактивных изотопов — аннигиляционный взрыв подействует на горные породы примерно так же, как космические лучи.

Правда, на месте падения антиметеорита сохранится лишь часть образовавшихся радиоактивных атомов. Значительное число этих атомов будет рассеяно в пространстве вместе с облаком газов, возникших при взрыве, вместе с парами горных пород — ведь температура пород при аннигиляции подымится до многих тысяч градусов. Чем меньше масса упавшего антиметеорита, тем незначительней будет облако взрыва и тем большая доля радиоактивных веществ останется на месте катастрофы. Таким образом, можно думать, что космонавты, высадившиеся на Луне, или лунники, или снабженные автоматическими приборами вездеходы, доставленные ракетами на Луну, обнаружат скорее мелкие радиопятна, этакую радиосыпь на лунном лике, чем обширные участки с повышенной радиоактивностью.

Н. А. Власов утверждает, что на месте падения антиметеорита с массой в тысячную долю грамма, можно ожидать возникновения радиопятна, интенсивность которого и через миллион лет окажется равной нескольким десятым долям милликюри, — такое пятно легко обнаружат приборы на фоне равномерной радиоактивности лунной поверхности. Ну, а если после падения такого антиметеорита пройдет не миллион, а всего тысяча или меньше лет, то пятно будет в сотни раз «ярче».

Трудно сказать, каким путем будет раньше точно доказано существование антиметеоритов (если, конечно, они действительно существуют) — охотой за ними в высоких слоях земной атмосферы или радиоразведкой Луны, или, наконец, еще каким-нибудь способом, который предложат физики. А возможно, будет однозначно доказано, что таких образований в солнечной системе нет, и это тоже будет очень интересно. Как говорят физики, «отрицательный результат — тоже результат». Но одно можно утверждать уверенно: изучение антиметеоритов, этих детей антикомет, которые, в свою очередь, должны быть вестниками антимиров, обогатит наши представления о космосе, о мирозданье.

Автор: М. Карев.