Перейти в начало сайта Перейти в начало сайта
Электронная библиотека «Наука и техника»
n-t.ru: Наука и техника
Начало сайта / Раритетные издания / Безумные идеи
Начало сайта / Раритетные издания / Безумные идеи

Научные статьи

Физика звёзд

Физика микромира

Журналы

Природа

Наука и жизнь

Природа и люди

Техника – молодёжи

Нобелевские лауреаты

Премия по физике

Премия по химии

Премия по литературе

Премия по медицине

Премия по экономике

Премия мира

Книги

Архимед

Законы Паркинсона

Люди и биты. Информационный взрыв: что он несет

Популярная библиотека химических элементов

Сын человеческий

Ученые – популяризаторы науки

Издания НиТ

Батарейки и аккумуляторы

Охранные системы

Источники энергии

Свет и тепло

Научно-популярные статьи

Наука сегодня

Научные гипотезы

Теория относительности

История науки

Научные развлечения

Техника сегодня

История техники

Измерения в технике

Источники энергии

Наука и религия

Мир, в котором мы живём

Лит. творчество ученых

Человек и общество

Образование

Разное

Безумные идеи

Ирина Радунская

Где искать антивещество?

И вот мы в мире,
исполненном умопостижимой красоты.

Никола МАЛЬБРАНШ

Мир в зеркале

Их было несколько, молодых физиков, – слава и надежда итальянской науки, которых фашизм раскидал по свету. Самый старший, знаменитый Энрико Ферми, «папа» Ферми, уехал в Америку и все силы отдал созданию первого атомного реактора и первой атомной бомбы. Самый младший...

«Со времени исчезновения семьи Понтекорво прошло теперь уже больше трех лет. Никто от них не получал ни слова. Никто их не видел. Родные их уверяют, что им ничего о них не известно... И подумать только, что все это происходит в двадцатом столетии!» – писала в 1958 году Лаура Ферми о самом младшем – о талантливом красивом Бруно Понтекорво, любителе спорта, блестящем физике.

Итальянские ученые-эмигранты уверяют теперь, что знали о нем все, кроме того, что он и его жена шведка Марианна Нордблом – коммунисты. Поэтому они не могли понять, зачем их веселый и, казалось, всегда беззаботный друг в 1955 году уехал в Советский Союз.

А Понтекорво между тем не делал секрета из своих политических убеждений. Он не скрывал, что с 1936 года был антифашистом, что хочет работать над мирным использованием атомной энергии.

После этих событий прошло много лет. Под Москвой, в Дубне, в Объединенном институте ядерных исследований, трудится замечательный коллектив физиков многих национальностей. Среди них – Бруно Понтекорво, чей талант расцвел во всем его великолепии. Итальянский ученый – действительный член Академии наук СССР, автор многих выдающихся научных работ.

И одна из самых своеобразных среди них, одна из тех, в которых сочетаются опыт зрелого ума и вдохновение художника, разум и воображение, – гипотеза, по-новому осветившая загадочную историю мира и антимира.

В построение этой гипотезы внес вклад доктор физико-математических наук Я.А. Смородинекий и другие советские и зарубежные ученые.

...Симметрия мира – одно из самых впечатляющих представлений современной науки. Движение вправо и влево, вверх и вниз; левое и правое вращение винта, положительное и отрицательное... Каждое понятие в нашем мире имеет свою противоположность.

Идея о том, что левое и правое равноправны, что симметрия между левым и правым есть то же самое, что симметрия относительно зеркальных отражений (ведь при отражении в зеркале правая рука превращается в левую), эта идея восходит еще к Лейбницу. С тех пор ученые убеждены, что физические законы не отдают предпочтения ни левому, ни правому. Симметрия пространственных отражений говорит о том, что если существует некоторая частица, то обязательно должна существовать и частица, получаемая зеркальным отражением исходной. Если осуществляется некоторый процесс, то процесс, соответствующий его отражению в зеркале, также должен быть физически возможным.

Правда, если обратиться к биологии, можно найти видимое противоречие. Ведь у подавляющего большинства людей сердце находится слева! И все-таки этот пример не опровергает принципа зеркальной симметрии. Ведь встречаются же люди, у которых сердце расположено справа! Можно, конечно, возразить, что таких людей очень мало. Но это, уверяют биологи, объясняется простой случайностью. Это не нарушение фундаментального закона природы, а следствие сложившихся условий.

Итак, не удивительно, что люди пришли к убеждению, что все в мире симметрично.

И не только в мире, нас окружающем, но и во всей вселенной. (В связи с этим некоторые ученые даже начали ломать себе голову над таким вопросом: когда будет установлена радиосвязь с жителями далеких планет, как сообщить им, какой винт мы считаем правым, а какой левым? Нет буквально ни одного опыта, в котором бы выявилось объективное преимущество левого перед правым и правого перед левым.)

Но в мире элементарных частиц в этом отношении царила полная анархия. Мир крошечных сгустков материи долгое время обходился без симметрии. В нем властвовали только частицы. Почему? Существуют ли зеркальные отображения электронов, протонов и нейтронов? И могут ли, должны ли они существовать?

Пытаясь ответить на эти вопросы, ученые, сами того не подозревая, расшатывали прочное здание установившихся в науке принципов.

Как, что и почему

Старая поговорка «о вкусах не спорят» относится не только к гастрономическим интересам, к области искусства или вопросам моды. Она с равным успехом управляет трудами ученых. Многие исследователи считают целью своей жизни открытие новых фактов. Их беспокоят главным образом два вопроса: как и что. Они спрашивают, например, как устроен атом, и, установив, что вокруг положительно заряженного атомного ядра вращаются электроны, считают свою задачу выполненной. В дальнейшем «как» и «что» заставляют их поинтересоваться тем, что входит в состав атомного ядра и как удерживаются в нем его составные части.

Но есть и другой тип ученых. Для них главным является вопрос «почему», и они не могут успокоиться, не выяснив, в силу каких причин атомное ядро всегда положительно, а электрон имеет отрицательный заряд. История науки свидетельствует, что попытки ответить на вопрос «почему» часто приводят к радикальной ломке установившихся взглядов, к настоящей революции идей. Это и случилось на подступах к антимиру.

Один из создателей квантовой механики, Дирак, пытался объединить ее с теорией относительности. Разработав теорию электрона, он пришел к абсурдному выводу о том, что электрон может иметь отрицательную энергию, то есть что он в некоторых случаях должен двигаться навстречу действующей на него силе.

Для того чтобы не вступать в противоречие с законом сохранения энергии, Дираку пришлось ввести в теорию новую элементарную частицу, по всем свойствам совпадающую с электроном, но имеющую положительный заряд.

В течение нескольких лет новая частица, родившаяся из уравнений, тревожила умы физиков и вызывала жаркие споры. Действительно, почему электрон имеет отрицательный заряд? Почему не может существовать положительный электрон-позитрон?

И наконец, в 1932 году Андерсон, изучая следы космических частиц на фотопластинках, увидел на одной из них два следа. Эти следы выходили из одной точки и были совершенно одинаковы, за исключением того, что один изгибался по направлению движения часовой стрелки, а другой в противоположном направлении. Один из следов, несомненно, принадлежал электрону. А другой? Другой мог быть только следом позитрона. Так впервые был обнаружен факт рождения частицы и античастицы – электрона и позитрона.

Это был потрясающий факт. До тех пор элементарные частицы считались вечными, а число их в мире неизменным. Теперь же оказалось, что элементарные частицы могут рождаться и умирать. Их рождение и гибель подчиняются строгим законам. При подходящих условиях квант света может превратиться в пару электрон – позитрон, а пара этих частиц может исчезнуть, превратившись в квант света.

Неравноправное равноправие

Дальнейшее развитие физики заставило ввести в теорию новые античастицы, например антипротон, – частицу, совершенно аналогичную протону, но имеющую отрицательный заряд. Через несколько лет и эта частица была найдена при помощи мощного ускорителя. Вслед за этим для уточнения теории понадобилась новая частица – антинейтрон, частица нейтральная, отличающаяся от нейтрона противоположными магнитными свойствами.

Бурное развитие физики привело к открытию еще целого ряда новых античастиц, и, наконец, был обнаружен общий закон, определяющий существование античастиц.

Казалось, все пришло в порядок. Для каждой частицы, если этого требовала теория, была найдена соответствующая античастица. Но каждый ответ порождает новый вопрос: почему же известные нам тела состоят из обычных частиц, почему мы не встречаем антиатомов, состоящих из антипротонов, антинейтронов и позитронов? Если реально существует вещество и антивещество, то почему же вокруг нас мы всегда находим только вещество? Естественно, возникает недоумение, почему все в нашей Галактике – и звезды и межзвездное вещество – состоит только из частиц?

Где же антивещество, где антимир? И хотя современная физика считает, что частицы и античастицы совершенно равноправны, ответа на этот вопрос она пока не дает.

Здесь ученые заходят в тупик. Существование антивещества очевидно, но что же можно сказать об антимире? Может быть, антимир находится где-то за пределами видимости и он отличается от нашего мира тем же, чем отличается изображение человека в зеркале от него самого? Существует ли на самом деле потрясающий воображение сказочный «мир наоборот», мир, состоящий из антиводорода и других антиэлементов? Есть ли где-нибудь удивительные антигорода, в которых милиционеры не штрафуют за левое движение транспорта, но не потому, что там, как в Англии, принято такое направление движения, а потому, что жители антимира считают правым то, что у нас считается левым? Так ли все это – проверить пока невозможно. Известно лишь, что при встрече частицы и античастицы обе они исчезают, превращаясь в другой вид материи. Поэтому-то в нашем мире, насыщенном обычными частицами, античастицы не могут жить долго.

Как это происходит, ученые поняли. Но почему? Вопрос, почему наш мир не симметричен, почему вещество в нем преобладает над антивеществом, до сих пор остается открытым. До сих пор никто из ученых так и не знает, почему имеется такое несоответствие в количестве материи и антиматерии в нашей вселенной...

Когда-то французский ученый Блез Паскаль то ли в шутку, то ли всерьез заметил: «Будь нос Клеопатры короче, переменился бы весь облик Земли».

Чепуха, не правда ли? Значит, будь у Клеопатры или иной красавицы нос других габаритов, Ньютон не создал бы теории тяготения, а Эйнштейн – теории относительности, на Земле могли прекратиться приливы и отливы, а Солнце перестало бы светить? Глупости, конечно...

Однако если понимать высказывание Паскаля не столь буквально, не так уж прямолинейно, в нем можно обнаружить здравый смысл. В мире действительно ничто не проходит бесследно. Все, что ни случается, так или иначе влияет на окружающее, оставляет большой или малый, заметный или не сразу приметный след. Все, что ни случается в природе, способно изменить лицо Земли и всего мира.

Не удивительно, что нас не перестает занимать вопрос: какая причина сделала мир таким, каким мы видим его сегодня?

Почему вокруг нас находится лишь вещество в виде частиц и никто не видел ни звезд, ни галактик из античастиц?

Доверять ли случаю?

Существует мнение, сваливающее вину на случай. Не зная других путей решения проблемы антивещества, многие ученые считают, что случайно в течение развития мира в нашей области вселенной скопилось больше частиц, чем античастиц. Так же случайно, как случайно людей с левым сердцем больше, чем с правым. Но можно допустить, что где-то на других планетах живут в основном обладатели правых сердец.

Защитникам его величества случая только и оставалось предположить, что где-то в другом месте вселенной так же случайно образовался антимир с преобладанием античастиц. А в среднем в силу симметрии число частиц и античастиц, количество вещества и антивещества по всей вселенной одинаково.

Эта точка зрения мирила многих ученых. Но, увы, она встречает по крайней мере две большие трудности, которые и не давали ученым успокоиться и удовлетвориться этим объяснением. Одна из них напоминает, что до сих пор все же никому не удавалось наблюдать во всей видимой области вселенной ни одной антигалактики. В составе космических частиц, прилетающих на Землю из глубин вселенной, тоже не обнаружены античастицы. Если бы в нашем мире, состоящем из вещества, появилась кучка антивещества, оно тотчас бы испарилось, как говорят ученые, аннигилировало. То есть, вступив в реакцию с веществом, оно тотчас бы исчезло, как превращаются при сложении в нуль одинаковые количества положительных и отрицательных единиц. Но исчезло бы самым заметным образом. Если бы на космических дорогах встретились мир и антимир, они бы вступили в реакцию и их встреча сопровождалась взрывом, который не могли бы не заметить ученые.

Зная это, исследователи с большим вниманием наблюдали за особенно яркими небесными объектами, яркими в световых или радиолучах. И вот однажды – это было в начале пятидесятых годов – астрономы нашли исключительно мощный источник радиоволн. Он находился в созвездии Лебедя. Причем в сильные телескопы были видны два особенно ярких пятна. Возникло предположение, что это две столкнувшиеся лоб в лоб галактики. Столкновение их и вызвало всплеск мощного радиоизлучения. Но нашлись несогласные, которые ухватились за этот пример, иллюстрирующий, по их мнению, столкновение не просто двух галактик, но галактики и антигалактики! Единственно аргументированным возражением оказалось то, что этот объект излучает лишь мощные радиоволны, тогда как оптическое излучение от него очень слабо. Если бы было справедливо мнение о столкновении двух антимиров, излучение было бы мощно по всему частотному спектру.

Итак, первая трудность осталась неразрешенной. И все же прямого опровержения идеи антимира из нее не вытекало.

Вторая трудность заключалась в следующем. Вычисления показали, что средняя плотность вещества в мировом пространстве крайне невелика. Звезды во вселенной так редки, что, по словам одного ученого, «оставьте живыми только трех пчел во всей Европе, и воздух Европы будет все-таки больше наполнен пчелами, чем пространство звездами». А межзвездный водород, планеты, метеоры, пыль – все это вместе имеет такую ничтожную плотность, что добавляет к этой «пустоте» очень немного.

Усреднив всю массу известного вещества по пространству, ученые получили весьма малую величину. Но весь опыт физики показывает, что большие отклонения от среднего в природе маловероятны. Так как же могло случиться, что на фоне почти полной пустоты, на фоне ничтожной плотности материи в мировом пространстве вдруг возникли огромные всплески и вещество смогло собраться в такие мощные сгустки, как звезды?

Навряд ли все это можно приписать случаю. Если считать, что в нашей вселенной звезды и галактики – это лишь случайные отклонения от какого-то среднего, очень разреженного распределений материи в мировом пространстве, то трудно предположить, чтобы это отклонение было так велико. Такие случайные отклонения очень маловероятны. Возникновение звезд не случайно, а закономерно, хотя закономерность их рождения и развития еще далеко не познана.

Непойманный вор

Итак, преобладание вещества над антивеществом во вселенной не случайно. Размышления над этой загадкой привели Понтекорво и Смородинского к удивительной гипотезе. Им и ряду других исследователей представляется возможным, что когда-то, на более ранней стадии развития вселенной, плотность материи в природе была много большей, чем наблюдаемая теперь. Тогда не было такого разрыва между «пустотой» и звездами.

Но за счет какого же вещества плотность материи была больше? Что это за загадочное вещество, о котором до сих пор никто ничего не знал, и куда оно делось?

Ученые никогда не смогли бы ответить на этот вопрос, не случись три десятка лет назад одно маловажное на первый взгляд событие. Наблюдая самопроизвольное испускание электронов атомным ядром (бета-распад), исследователи с удивлением обнаружили, что электроны уносили из ядра меньшую энергию, чем следовало. Какая-то часть энергии как бы терялась.

Незыблемый закон сохранения энергии гласит, что энергия не возникает из ничего и не превращается в ничто. Во что же превратилась недостающая энергия при бета-распаде? В ничто, говорили приборы, потому что, кроме электронов и испустивших их ядер, они больше ничего не замечали.

Может быть, закон сохранения энергии неверен, может быть, придется отказаться от него? – всерьез прикидывали некоторые ученые. Но как отказаться от закона, на котором зиждется вся современная наука? Это было не так-то просто.

Конечно, большинство понимало, что основные законы природы не могут нарушаться. Возможно, что то неладно в постановке эксперимента? Или в его объяснении?..

Но опыты были точными и совершенно надежными. Все проверки приводили к тому, что законы сохранения нарушаются, или... или, заявил в 1931 году известный швейцарский физик-теоретик Вольфганг Паули, в реакции участвует еще одна частица, которая остается незамеченной. Она-то и уносит избыточную энергию и импульс, недостающие у тех частиц, которые регистрируются приборами.

Так ученые напали на след загадочной частицы невидимки, которую два года спустя Ферми назвал нежным словом «нейтрино», что означает приблизительно «нейтральная малютка». С тех пор нейтрино окончательно приобрели права гражданства. Войдя в науку на кончике пера физика-теоретика, они впоследствии оказались необходимыми для объяснения многих процессов, происходящих в микромире. В дальнейшем, наблюдая не только бета-распад, но и другие взаимодействия между элементарными частицами, физики-экспериментаторы часто убеждались в потере энергии. Но теперь это не беспокоило их. Они знали о существовании нейтрино – непойманного вора энергии.

А спустя немного времени ученые смогли убедиться, что и нейтрино имеет своего антипода – антинейтрино. Но нейтрино – частица нейтральная, она не несет в себе электрического заряда. Поэтому ее пара – антинейтрино отличается не зарядом (оно тоже нейтрально), а другим своим свойством. Если нейтрино можно сравнить с винтом с левой нарезкой, то антинейтрино – типичный винт с правой нарезкой. Мы сравниваем их с винтом потому, что обе частицы ведут себя так, как будто непрерывно вращаются, причем в разные стороны.

Эти-то удивительные частицы – нейтрино и антинейтрино – Понтекорво и Смородинский избрали проводниками в прошлое мира...

Авторы нового взгляда на эволюцию вселенной предположили, что в отдаленнейшие времена, представить которые может лишь воображение, мир был симметричен. Основная часть материи существовала в виде нейтрино и антинейтрино высоких энергий. В это время плотность материи была очень высока. При этих условиях нет ничего невозможного в случайном образовании большого количества протонов, нейтронов и других частиц, не уравновешенных соответствующим числом античастиц. При значительном преобладании уравновешенных нейтрино и антинейтрино эти нескомпенсированные протоны и нейтроны не сильно нарушали симметрию вещества и антивещества.

И если на ранней стадии развития вселенной существовало огромное и приблизительно одинаковое количество нейтрино и антинейтрино, рассуждают ученые, то число их во вселенной и теперь должно быть почти одинаково и очень велико. Ведь они никуда не исчезали, а ядерные реакции – поставщики этих частиц – происходили все время. Значит, и число нейтрино и антинейтрино неуклонно росло. Поэтому они должны были постепенно накапливаться во вселенной, пропитывая ее словно неуловимый и ненаблюдаемый мировой эфир, полюбившийся ученым XIX столетия. Образуя фон и по суммарной массе превосходя все другие виды материи, «нейтринно-антинейтринный эфир» должен был бы в наше время господствовать во вселенной, представляя уникальный пример содружества вещества и антивещества. При таком положении вещей ученым не пришлось бы далеко ходить в поисках антимира. Антивещество было бы в изобилии вокруг нас и в нас самих.

Так все, наверно, и было бы, если бы вселенная не разбегалась. Но вселенная неуклонно расширяется. Это предположил советский теоретик А. Фридман, а астрономы подтвердили. Наблюдая в телескопы далекие звездные скопления, можно увидеть, как они с огромной скоростью убегают от нас. И тем скорее, чем дальше от нас находятся.

Той же участи подвержены и нейтрино с антинейтрино. При расширении вселенной и их масса распределяется по все более увеличивающемуся объему. Поэтому в наше время в нашей части космоса картина симметричного мира существенно исказилась. В наши дни возле нас, возможно, осталась значительная часть протонов и нейтронов, но лишь ничтожная доля прежней плотности нейтринной массы. Ведь тяжелые частицы движутся медленно, а нейтрино и антинейтрино летят со скоростью света.

Неистовые частицы

Но прервем наш рассказ и спросим у ученых: почему же мы узнаем о роли нейтрино в эволюции вселенной только сегодня? Если нейтрино и антинейтрино было так много, больше всей остальной материи, почему мы не знали об этом раньше?

И услышим почти неправдоподобный ответ: да потому, что за эти частицы просто невозможно зацепиться! Они не имеют электрического заряда, поэтому абсолютно не обращают внимания на электрические приманки. Их невозможно взвесить – они ничего не весят! Во всяком случае, их масса так мала, что ее пока никак не измеришь. А кроме того, как говорят физики, нейтрино не имеют массы покоя. А это в переводе на обычный язык значит, что в покое эти частицы никогда не бывают! Они движутся непрестанно и с самой большой скоростью, которая только возможна в природе, – со скоростью света. Кроме всего прочего, нейтрино почти невозможно заманить ни в какую ловушку – они обладают феноменальной способностью проникать сквозь любые преграды: сквозь землю, звезды, галактики. Это настолько удивительно, что... Но предоставим слово Понтекорво: – Это напоминает мне анекдот о человеке, который, глядя на жирафа в зоопарке, бормочет: «Не может быть!» Пусть читатель судит сам: нейтрино могут беспрепятственно проникать, скажем, через чугунную плиту, толщина которой в миллиард раз превышает расстояние от Земли до Солнца. Попросту говоря, для резвых малюток наш земной шар, да и любое другое небесное тело, сколь плотным оно нам ни кажется, так же прозрачен, как обычное оконное стекло для света.

Плюс ко всему нейтрино и антинейтрино не реагируют даже на своих сородичей, жителей микромира. Другие частицы могут видоизменяться, умирать и вновь рождаться, вступать в союз с себе подобными. Но эти, загадочные и странные, почти не вступают в общение ни с какими другими известными формами материи.

После сказанного все претензии к ученым, все обвинения по поводу нейтрино, конечно, снимаются.

Теперь ясно, что поимка нейтрино, пожалуй, посложнее поимки в наши дни целаканта – древней рыбы, исчезнувшей с лица Земли, как считалось, более 50 миллионов лет назад. И все-таки люди поймали живого целаканта!

Обнаружили они недавно и антинейтрино, образующиеся в атомных реакторах.

Да и как могло быть иначе? Хоть нейтрино и антинейтрино – частицы хитрые, умеющие избежать ловушки, однако они существуют, и, значит, не может не быть способа обнаружить их.

И способ нашелся, когда ученые научились освобождать энергию, заключенную в атоме, построили урановый котел. Расщепляясь, ядра атомов урана выбрасывают из своих недр несколько радиоактивных ядер, являющихся источником антинейтрино. Антинейтрино, конечно, беспрепятственно проникают сквозь бронированную защиту реактора и устремляются в мировое пространство.

А если при выходе из реактора поместить на их пути множество протонов? Теория подсказывает, что при этом хотя бы изредка должен возникать процесс, как бы обратный бета-распаду. Протон «проглотит» антинейтрино и распадется на нейтрон и позитрон. Опознать же эти частицы ничего не стоит. Если приборы зафиксируют их, значит ясно: причиной катастрофы действительно были антинейтрино.

Такой блестящий опыт и осуществили в 1956 году два американских физика: Фредерик Рейнс и Клайд Коуэн, лишив странные частицы мистического ореола. Но для этого ученым пришлось спроектировать особый, чудовищных размеров аппарат и воздвигнуть его рядом с одним из ядерных реакторов, расположенных на реке Саванне. Вот как об этом в нескольких словах говорит американская печать: «Из реактора вылетали квадрильоны квадрильонов нейтрино – нескольких из них Рейнсу и Коуэну удалось остановить».

Так были задержаны и опознаны неистовые частицы.

Это подтвердило теоретическую предпосылку Паули. Однако гипотезе Понтекорво и Смородинского ничем не помогло.

Чтобы подтвердить гипотезу, ученым нужно поймать не те нейтрино и антинейтрино, которые рождаются в атомных котлах, созданных руками человека, а те, которые издавна носятся в просторах вселенной. Вернее, нужно определить их общую массу. Лишь это могло бы подтвердить гипотезу или опровергнуть ее.

Методику такого опыта предложил молодой советский физик Харитонов. Аппарат будет ловить нейтрино, которые попали в него, пронизав земной шар. Для того чтобы избежать мешающего действия частиц космических лучей, приборы будут помещены глубоко под землей. При этом возможны помехи, вызванные естественной радиоактивностью грунта. Поэтому ученый предлагает установить специальное устройство, которое выключало бы установку, если в нее проникнет любая частица, кроме нейтрино и антинейтрино. Конечно, при этом будут обнаружены и те из них, которые постоянно рождаются вновь при различных ядерных реакциях. Однако подсчеты позволят оценить как количество этих молодых частиц, так и число тех, которые принимали участие в начальных стадиях эволюции мира.

Астрономия невидимого

И если ученым действительно удастся обнаружить предполагаемое количество нейтринной массы, эксперимент подтвердит, что мы, несомненно, живем в мире, насыщенном невидимым веществом. Даже если теперь в нашей части вселенной его меньше, чем раньше, все равно можно сделать соответствующий вывод. Вывод о том, что когда-то плотность этого вещества была настолько большой, что всплески материи в виде звезд были ничтожной величиной по сравнению с плотностью- нейтрино и антинейтрино. А такое огромное, но относительно небольшое скопление вещества можно вполне объяснить случайностью, или, как говорят ученые, флуктуациями.

Если бы гипотеза подтвердилась, это значило бы, что и в нашей области вселенной число антинейтрино было когда-то так велико, что с лихвой компенсировало превосходство видимых нами частиц над античастицами. Тогда можно действительно предположить, что наш мир был когда-то симметричен. Он состоял приблизительно из равного количества вещества и антивещества. Только античастицы в основном были представлены в лице антинейтрино, а разновидность частиц была гораздо больше. Это и нейтрино и все ранее знакомые нам частицы – протоны, электроны, нейтроны и другие. В те времена нейтрино было так много, что все видимое вещество в звездах, планетах, метеорах, межзвездном водороде по сравнению с ними представляло собою ничтожную величину, с которой тогда можно было просто не считаться.

Задуманный эксперимент может удаться лишь в том случае, если количество нейтрино и антинейтрино в нашей части вселенной все же не слишком мало и если чувствительность приборов будет достаточно высока.

Если же нейтринной массы вокруг нас теперь слишком мало или опыт недостаточно остер, обнаружить невидимое вещество будет невозможно. И тогда мы еще долго будем жить, ничего не зная о роли нейтрино и антинейтрино в эволюции вселенной, а главное, не выяснив вопроса о ее симметрии в прошлом. Мы не узнаем, действительно ли материя и антиматерия в виде нейтрино и антинейтрино постоянно окружают нас или существуют где-то отдельные миры и антимиры, разделенные между собою миллионами километров мирового пространства.

Если нейтринная гипотеза Понтекорво и Смородинского подтвердится готовящимся экспериментом, ученым нет нужды выдумывать миры и антимиры, чтобы спасти в нашем воображении красивую идею о симметрии мира. Мы узнали бы, почему мир вокруг нас несимметричен, хотя раньше, на первом этапе его развития, вещество было уравновешено антивеществом.

Эксперимент еще не осуществлен, и эти предположения еще не подтверждены, но, как бы то ни было, нейтринная гипотеза эволюции вселенной – одна из самых красивых и безумных идей современной физики.

Впрочем, не всякая ли смелая идея кажется поначалу безумной? Когда впервые человек узнал, что Земля круглая, что она не центр мироздания, разве это не было воспринято как ересь?

Но в XX веке, когда наука уходит все дальше от привычных образов, от обыденных представлений, почти каждое новое открытие в микромире кажется парадоксальным.

И разве идея о том, что мы живем в мире, где преобладает невидимое вещество, не кажется действительно безумной?

Итак, «достаточно ли она безумна, чтобы быть правильной»?

Эхо в горах

В природе вокруг нас происходят тысячи событий – любопытных, странных, иногда понятных, часто необъяснимых. Почему они происходят, что их вызвало?

Над этим размышляют ученые и писатели, художники и скульпторы. Они пытаются выразить свои впечатления на красочном языке художественных образов, выразительном языке пластических форм, могучем языке математических формул.

Писателям и художникам об окружающем мире рассказывают только свет и звук. Ученые же овладели не только языком света, но научились понимать язык радиоволн и космических лучей. Это позволило им узнать о таких тайнах мироздания, о которых свет и не подозревает.

Но есть еще один язык, который может рассказать о мироздании самое сокровенное, то, что природа скрыла за семью печатями. Он может раскрыть людям загадку «белых карликов», таинственных, удивительных звезд, горсть вещества которых весит десяток тонн. Объяснить причину, вызывающие грандиозные космические катаклизмы – взрывы целых звездных миров. Поведать секрет термоядерных реакций, бушующих в недрах Солнца и иных светил. И наконец, может помочь осуществить одно из самых фантастических и дерзких намерений ученых – опознать антимиры.

Это язык нейтрино.

...Разгадку многих своих тайн природа прячет в самые недоступные тайники, в глубь атома, в сердце элементарных частиц.

Крошечные сгустки материи рождаются, живут и умирают, а события их жизни отзываются в большом мире как слабое эхо, усиленное в горах.

Кто же может рассказать об этих событиях, если не непосредственные их участники, элементарные частицы? Многие ученые занимаются изучением их языка, этому увлекательному делу посвящает свою жизнь Понтекорво.

– В природе, особенно в масштабах вселенной, – сказал как-то Бруно Максимович, – явления, кажущиеся в лабораторных условиях незначительными, часто имеют большое значение.

И действительно, незаметные, спрятанные глубоко в недрах материи события микромира имеют зачастую самые неожиданные, озадачивающие последствия в мире больших вещей.

В одной из своих статей Понтекорво рассказал о простом, но удивительном опыте.

Представьте себе круглую алюминиевую пластинку. На нее нанесен слой радиоактивного материала, испускающего электроны. Если этот бутерброд подвесить за нитку, прикрепленную к его центру, он начнет... вращаться.

Никаких видимых событий, могущих вывести пластинку из равновесия, не происходит. (Заметьте: видимых причин.) Однако она должна вертеться. И иначе не может быть.

Пластинку будут закручивать электроны, рождающиеся в радиоактивном слое. Все они в силу своей природы вращаются в одинаковом направлении по отношению к своему движению. Этим они напоминают обычный штопор. А так как электроны «испаряются» только вверх (при движении вниз они поглощаются в алюминии), то пластинка должна поворачиваться. Причем, если электроны вращаются по часовой стрелке, пластинка будет крутиться в противоположном направлении. Нечто подобное можно увидеть на фейерверках, наблюдая вращение «чертовых колес».

Было время, когда этот эффект показался бы безнадежно необъяснимым, зловещим, мистическим. Если бы о нем знали проповедники «божьего промысла» или «нечистой силы», они, несомненно, приобрели бы в этой игрушке серьезного помощника. Демонстрация ее, наверно, имела бы больший успех, чем «исцеление» хромых и слепых и прочие фокусы.

Изучив свойства электронов, научившись понимать их «язык», ученые смогли предсказать этот эффект. Такой опыт вряд ли кто из них ставил, ведь его результат теперь не вызывает ни малейшего сомнения.

И хоть это проявление свойств электронов сегодня никого не удивляет, кажется само собой разумеющимся, оно полно волнующего смысла. А вот другой пример.

Все вещи и предметы, окружающие нас, все небесные тела пронизаны невидимыми, полными тайны частицами поля тяжести – гравитонами. Их нельзя взвесить, подержать в руках. Ученые не научились еще понимать их природу. И однако, им послушны звездные миры! Планеты, звезды, галактики тяготеют друг к другу и движутся по законам, диктуемым непреклонными гравитонами.

Верны ли догадки?

И нейтрино с антинейтрино принадлежат к частицам, играющим в окружающем нас мире огромную, не до конца еще выявленную роль. Их недаром называют непойманными ворами энергии. Но если в одиночных реакциях микромира воры достаточно скромны, то в большом мире они не стесняются. Из уранового реактора мощностью в сотни тысяч киловатт они уносят в мировое пространство десятки тысяч киловатт! Из Солнца же и других звезд – несколько процентов излучаемой ими энергии, то есть гораздо больше, чем приходится на долю всей Земли.

Это ли не вполне ощутимое следствие событий микромира? Это ли не макроскопический эффект?

Чудовищная проникающая способность нейтрино и антинейтрино позволяет им вырваться из самых глубоких недр звезд, где они рождаются в бурных термоядерных реакциях, и без всяких затруднений отправиться путешествовать по вселенной. Они бороздят просторы космоса, как свет, как радиоволны, не уступая им в скорости. И так же как эти виды излучения, нейтринные потоки несут важную информацию, множество сведений о небесных телах – своих родителях. Они знают о них гораздо больше, чем свет.

чем радиоволны. Ведь свет излучается лишь поверхностью светил. Радиоволны выходят из более глубоких слоев. Нейтринные же потоки рождаются в самых недрах звезд. Они участвуют в процессах, происходящих в таинственных глубинах небесных тел. И не только участвуют, но зачастую играют здесь главенствующую роль.

Ученые предполагают, что в процессе эволюции звезды, по мере того как она раскаляется, нейтринные потоки, извергающиеся из ее недр, становятся все более интенсивными. Их «яркость» становится сравнимой с яркостью света звезды и даже превосходит ее!

Какая заманчивая перспектива открывается в изучении космоса! Нейтрино могли бы рассказать о загадочных процессах, происходящих в недрах «белых карликов» – звезд, раскаленных до чудовищных температур и сжатых невероятными давлениями. Нейтрино, наверно, помогли бы разобраться в динамике взрыва сверхновых звезд, поставщиков космических частиц.

Помогли... Если бы ученые научились ловить их, определять направление их прихода, овладели «языком» нейтрино.

Первоочередная задача ученых, задача очень трудная, но вполне реальная, – зарегистрировать потоки нейтрино от Солнца и с их помощью заглянуть в его недра.

Ученые уверены в том, что наше Солнце – звезда, а не антизвезда, что испускает она нейтрино, а не антинейтрино. Вряд ли можно ожидать, что часть планетной системы – Земля состоит из вещества, а центральное светило из антивещества! Физики рассчитали даже, что поток нейтрино от Солнца на Землю должен составлять колоссальную величину. Она определяется цифрой с одиннадцатью нулями (10" нейтрино на квадратный сантиметр Земли в секунду!).

Но какие ядерные реакции происходят в его недрах? Как работает этот космический термоядерный агрегат? Об этом можно лишь строить гипотезы. Известно, что энергия, питающая звезды, выделяется за счет превращения водорода в гелий. Но возможны несколько путей осуществления этой реакции. Какой из этих путей реализуется в данной звезде, зависит от ее массы и температуры. Одна реакция может заменять другую в зависимости от возраста звезды. Но все это пока лишь выводы теории. Как узнать, верны ли эти догадки? На это поможет ответить эксперимент, поставленный новой наукой.

Раскрыть секрет Солнца важно и для практики. Ведь того, чего «добилось» Солнце, добиваются люди на Земле. Покорить плазму, осуществить термоядерную реакцию – насущная задача энергетики.

Эксперимент по обнаружению солнечных нейтрино еще не осуществлен. Ни одно космическое нейтрино до сих пор не обнаружено. Намерение изучать космос по нейтринной светимости еще принадлежит к идеям смутным, влекущим своей новизной и заманчивостью. Но это уже первая доска в мостике, который ученые хотят перебросить между мечтой и действительностью.

Язык антимира

Ближайшая задача нейтринной астрономии – установить язык, на котором разговаривают нейтрино и антинейтрино. Цель ученых – изучить этот язык, как изучили они язык света и радиоволн.

А затем перед человечеством открылось бы много заманчивых возможностей. И одна из них – может быть, самая фантастическая, самая сумасшедшая, но настолько красивая, что она не перестает владеть умами ученых, – это поиски антимиров. Может быть, они действительно где-то существуют в беспредельных просторах космоса?

На этом пути, возможно, ученых ждет много неожиданностей. Представьте себе звезду, которая давным-давно изучена и астрономами и радиоастрономами, которая, по их мнению, ничего особенного собою не представляет. И вдруг окажется, что это вовсе не звезда, а антизвезда! Переполох! Сенсация! Удивленные, негодующие возгласы – почему же мы об этом ничего не знали?!

Да потому, что ни свет, ни радиоволны не могли рассказать об этом. Ведь свет, испускается ли он атомами или антиатомами, состоит из одних и тех же фотонов – частиц истинно нейтральных, не имеющих никакого заряда, ничем не отличающихся от своих античастиц – антифотонов. И звезда и антизвезда испускают один и тот же свет. Только нейтринные потоки от них разные. От звезды – нейтрино, от антизвезды – антинейтрино. От нашего Солнца к Земле, по твердому убеждению ученых, льются потоки нейтрино. Нейтрино рождаются в недрах всех звезд, где основной источник энергии – термоядерные реакции превращения водорода в гелий. Но если только где-нибудь есть небесные тела, в которых антиводород переходит в антигелий, то они будут испускать потоки антинейтрино.

Прощупав небо уловителями нейтринных потоков, можно было бы установить наконец, есть ли где-нибудь в нашей вселенной хоть один антимир. Будь то антигалактика или антизвезда, этот прибор тотчас определил бы их координаты.

Только обнаружив в космосе источник нейтрино или антинейтрино, можно отличить мир от антимира.

Только так можно опознать антимир среди других небесных тел.

Заманчивая, влекущая перспектива! Но... До сих пор ученые смогли установить контакт лишь с мощными потоками антинейтрино, исходящими из атомных реакторов. Даже в этих опытах, в которых через каждый квадратный сантиметр счетчика проходило 10 тысяч миллиардов антинейтрино в секунду, а объем счетчика равнялся одному кубическому метру, за час удавалось зафиксировать только несколько актов взаимодействий антинейтрино с веществом счетчика.

Потоки нейтрино и антинейтрино из космоса, вероятно, гораздо слабее, поэтому предстоит огромная работа по увеличению чувствительности аппаратуры и устранению мешающего влияния частиц, образующихся в результате радиоактивных процессов в веществе, окружающем установку.

– Эта трудность так велика, что я не уверен в том, что упомянутая задача будет решена в ближайшее время, – охлаждает наш пыл с несвойственным ему пессимизмом Понтекорво.

Хочется думать, хочется надеяться, что эта трудность будет преодолена. Возможно, самим Понтекорво. Он сделал немало, чтобы изучить характер и свойства загадочных нейтрино и антинейтрино. Его работа в области физики нейтрино была удостоена Ленинской премии 1963 года. А может быть, другим или другими учеными. Да это и несущественно. Главное – новая вершина будет взята.

 

Путешествие к «концу света»

Оглавление

 

Дата публикации:

27 мая 1999 года

Электронная версия:

© НиТ. Раритетные издания, 1998

В начало сайта | Книги | Статьи | Журналы | Нобелевские лауреаты | Издания НиТ | Подписка
Карта сайта | Cовместные проекты | Журнал «Сумбур» | Игумен Валериан | Техническая библиотека
© МОО «Наука и техника», 1997...2018
Об организацииАудиторияСвязаться с намиРазместить рекламуПравовая информация
Яндекс цитирования
Яндекс.Метрика