Антисвіти та народження Всесвіту

Частинка і античастинка – сюжет, який не може залишити байдужим ні фізика, ні філософа, ні поета, ні журналіста. Однак, хоча кожній з основних «цеглинок» світобудови – протону, нейтрону і електрону — відповідає своя античастинка, до сих пір не вдавалося спостерігати або отримати антиречовину в помітних кількостях. Все, чого вдалося досягти, – змусити існувати протягом дуже малого проміжку часу антиатом, тобто атом антиречовини, побудований з антипротонів, антинейтронів і позитронів. Але «побудувати» з антиатомів антимолекулу або накопичити з них хоча б один міліграм антиречовини — експериментальні завдання віддаленого майбутнього.

Згідно з більшістю космологічних моделей, у Всесвіті (принаймні, в його спостережуваній частині) також відсутня антиречовина. Цю «асиметрію» Всесвіту можна логічно пов’язати з його асиметрією іншого типу: час тече лише в одному напрямку, «все на світі» не зворотно (крім процесів мікросвіту). Справді, античастинку можна розглядати як частинку, що еволюціонує в зворотному напрямку часу. Але для макроскопічних утворень зрозумілий рух у часі заборонений другим початком термодинаміки, який передбачає незворотність життя багатьох частинок.

Ця печатка незворотності лежить на двох найбільш відомих космологічних схемах. Одна з них широко визнана концепція «великого вибуху», згідно з якою світ виник з «першоатома» і який продовжує розширюватися з моменту свого народження. Друга теорія стаціонарного стану, за якою Всесвіт також розширюється (як того вимагає відповідність з експериментально відкритим в 1929 році Е. Хабблом явищем розбігання галактик), але середня щільність речовини в ньому не зменшується: вона безперервно створюється певним гіпотетичним «творчим полем». (Для компенсації хабблівського розбігання досить допустити зародження приблизно трьох атомів на рік в одному кубічному кілометрі простору.)

І ось нещодавно французький фізик Ролан Омнес висунув цікаву космологічну схему. Вона базується на оригінальному тлумаченні експериментальних даних про космічне гамма-випромінювання.

Детектори, встановлені на трьох останніх місячних кораблях «Аполлон», зареєстрували гамма-випромінювання дуже характерних енергій. Зокрема, виявлено досить помітний потік гамма-квантів з енергією 0,5 Мев. А кванти з точно такою енергією утворюються при анігіляції пари електрон—позитрон. Ще одна зареєстрована «гамма-лінія» розцінюється фахівцями як кінцевий продукт анігіляції протонів з антипротонами.

На ці дані, інтерпретовані як свідчення анігіляції речовини і антиречовини, і спирається модель Омнеса.

Автор стверджує: речовина та антиречовина нерівноправні лише в тій частині світу, яка доступна нашим спостереженням, бо вона, ця частина світу, лежить в одній з областей чистої речовини. У Всесвіті ж в цілому речовина і антиречовина абсолютно рівноправні – області чистої речовини по своїй сумарній масі рівні областям чистої антиречовини у всьому Всесвіті.

Ця схема цілком узгоджується з математичною моделлю розширюваного Всесвіту, створеного на основі рівнянь Ейнштейна А. А. Фрідманом, що передбачила відкриття Хаббла.

Основні етапи космологічної схеми Омнеса такі. «Спочатку» було світло, і нічого більше. («Спочатку» тепер означає не в момент творіння Всесвіту, а на початку однієї з двох фаз розвитку світу, що вічно змінюють одна одну.) Тільки електромагнітне випромінювання, що характеризується температурою в кілька мільярдів градусів, «куля світла серед ночі без кінця».

«Великому вибуху», що означає в ортодоксальній космології «початок світу», в схемі Омнеса відповідає початок масових актів народження речовини. Енергія фотонів-квантів високотемпературного електромагнітного випромінювання достатня для утворення пар протон — антипротон, нейтрон — антинейтрон, електрон — позитрон. Виникає своєрідний «туман», суміш електромагнітного випромінювання з парами «частинка — античастинка», різновид плазми, яку фізики називають «бамівською» — на ім’я теоретика Дж. Гамова, який вперше описав її властивості.

Другий етап, за оцінкою Омнеса, триває всього кілька часток секунди. Частинки і античастинки, що володіють енергіями нижче 1 Гев, відштовхуються один від одного, утворюючи області чистої речовини і чистої антиречовини. Ця сепарація, стверджує вчений, подібна фазовому переходу: приблизно так само в процесі танення вода відділяється від льоду або в процесі випаровування — від пари.

Нуклон-антинуклонні взаємодії здатні протягом часток секунди розкидати частинки і античастинки, дати їм, що називається, перший поштовх. Потім області речовини та антиречовини знову виявляють тенденцію до перемішування, але, на щастя для нас, занадто пізно!

Між світами з’являється непрохідна межа. Виникає вона в результаті взаємодії заряджених частинок із залишковим електромагнітним випромінюванням. В полі цього випромінювання частинки починають хаотично коливатися і раптово втрачати при цьому свою енергію. Вони як би в’язнуть в реліктовому випромінюванні. Величезна в’язкість гамівської плазми на кордонах цих областей перешкоджає анігіляції світів та антисвітів в цілому. Вони виникли, вони існують, і в їх числі той в якому ми знаходимося в даний час.

Що ж далі? Температура всередині областей продовжує знижуватися, і настає мить, коли стає досить «прохолодно» для утворення атомів (і антиатомів — в антисвітах). Замість Хаосу заряджених частинок з’являються нейтральні атоми, в яких електрони обертаються навколо протонів в ядрі (у нас) і позитрони навколо антипротонів — в антиядрі («за кордоном», в антисвіті). А на кордонах цих непримиренних областей речовини і антиречовини відбуваються запеклі конфлікти — процеси анігіляції, які викликають надзвукову турбулентність, що приводить до утворення галактик (і, відповідно, антигалактик). При цьому енергія, яка виділяється в процесах анігіляції (вона в сотні разів перевершує енергію термоядерного синтезу при вибуху водневих бомб або у внутрішньозоряних процесах), йде на формування галактик і на повідомлення їм обертання.

За допомогою космологічної схеми Омнеса вдається дати просте пояснення багатьом найважливішим відкриттям астрономії останнього часу.

Реліктове мікрохвильове випромінювання з температурою близько 3°К — це просто остигле «творче» поле, що залишилося невикористаним.

Літаючими до Місяця космічними кораблями був відзначений сплеск інтенсивності гамма-променів ще в одному енергетичному інтервалі — від одного до ста мільйонів електрон-вольт. Для пояснення цих сплесків останнім часом висунуті найрізноманітніші і часто далеко віддалені один від одного моделі. Це і гальмівне випромінювання електронів, прискорених в сонячному спалаху, і «тихий колапс», і гамма-спалахи магнітних зірок, і випромінювання білих карликів. Зараз багато вчених інтерпретують це як свідчення того, що основним джерелом космічного гамма-випромінювання є процеси анігіляції на кордонах світів з антисвітами. Адже зазначений інтервал енергій особливо характерний для квантів, що виникають при анігіляції речовини та антиречовини.

Заманливо уявити собі антисвіти з їх антигалактиками і антизірками, антипланети, населені антитваринами та антилюдьми. Ці істоти повинні бути побудовані з елементарних частинок протилежного знака, ніж ті, з яких побудовані ми. Хотілося б зрозуміти, що означає ця «антисиметрія»? Якщо античастинку можна розглядати як частинку, що йде в зворотному напрямку часу, то чи не тече в антисвітах час в іншу сторону в порівнянні з нашим світом? І чи не ця космологічна схема виявиться кращим спростуванням версії про теплову смерть Всесвіту?

У схемі Омнеса мало розробленим залишається питання про «пусковий механізм», що перемикає основні, постійно змінюючі одна одну фази Всесвіту: «стихійне» виникнення його речовини (і антиречовини) зі світла і загальна анігіляція всіх його частинок, чергове занурення Всесвіту в стадію єдиного початкового світла. Але зміна цих фаз, що нагадує сюжет з давньоіндійської міфології «дні і ночі Брами», відповідні безперервному чергуванню народження і знищення світу,— передбачається в основі цієї схеми. Таким дивним чином знання давньоіндійських брахманів переплелися з новітніми науковими дослідженнями в сфері астрофізики.

Автор: В.Тихомиров.