Тайны открытий XX века - страница 99

Максвелл неслучайно стремился придать своим формулам симметричный вид. Асимметрия давно пугает ученых. Они почти с обидой говорят о «нарушении симметрии», словно боясь потрясения основ мироздания.

Вот другой творец «зеркального мира» — английский физик Поль Дирак. Ему не понравилось основное уравнение квантовой физики — уравнение Шредингера, в котором время и пространство оказались неравноправными категориями: пространство присутствовало в квадрате, а время — в первой степени. Поэтому Дирак решил привести уравнение к тому виду, который вполне бы удовлетворил сторонников симметрии: время и пространство должны содержаться в уравнении в одной и той же — первой — степени. В конце концов подобный трюк удался Дираку. Правда, формула заметно усложнилась. Вдобавок из нее следовали неожиданные выводы.

Сперва — приятный. Теперь уравнение Шредингера — Дирака стало описывать еще и «спин» электрона, момент количества его движения. Другой вывод озадачивал: из новой формулы явствовало, что может существовать отрицательная кинетическая энергия, то есть энергия, чье значение меньше нуля. Как это так? Если объект движется, его кинетическая энергия положительна; если пребывает в покое, равна нулю, а если она отрицательна, что тогда?

На первый взгляд, это не поддавалось никакому объяснению. Однако Дирак был заворожен красотой получившейся формулы и уверен в ее правильности. В течение двух лет он пытался найти объяснение «отрицательной энергии». В конце концов он убедился, что вернуть миру утраченную стабильность можно, лишь допустив существование зеркальных двойников у каждой элементарной частицы, двойников, имеющих ту же массу и противоположный заряд. Так возникла идея антивещества. Через несколько лет она нашла блестящее подтверждение.

В 1932 году американский физик Карл Андерсон случайно обнаружил в космическом излучении позитрон, то есть положительно заряженный электрон, первую из предсказанных Дираком античастиц (кстати, сам Андерсон ничего не знал об этой гипотезе). Открытие античастиц явилось одним из крупнейших достижений физики XX века. Андерсон и Дирак в ближайшие годы были удостоены Нобелевских премий. Они стали творцами нового «зеркального мира», мира антивещества.

Еще один «зеркальный мир» родился из математических экзерсисов Майкла Грина и Джона Шварца — творцов «теории струн», подменивших элементарные частицы крохотными «струнами». Соединив эти «сказочные» идеи Грина и Шварца с положениями квантовой физики, Стивен Хоукинг создал свою теорию «параллельных миров». Согласно ей, имеется бесконечное множество вселенных, являющихся двойниками нашей Вселенной.

Впрочем, сами Грин и Шварц пришли к не менее любопытным выводам, попытавшись втиснуть в свои расчеты силу тяжести. Оказалось, что в этом случае у каждой элементарной частицы, снующей в подлунном мире, появляется свой двойник в мире зеркальном, или мнимом. У этого двойника те же свойства, что у настоящей частицы, та же масса, тот же заряд. Вот только ее вещество превратилось в энергию зеркального двойника, а ее энергия — в его вещество. Туманно? Как изображение на запотевшем стекле, но попробуем все же разобраться.

Физики выделяют две принципиально разные категории элементарных частиц: фермионы и бозоны. Первые — вещественные частицы. Они занимают определенное место в пространстве, и ни одна другая вещественная частица не может оказаться на месте фермиона. Оно занято. Точно так же ни один человек не может побывать, образно говоря, «в вашей шкуре». Вас могут оттеснить, но никак не слиться с вами. Вот и между фермионами всегда имеется какая-то дистанция. Им не совпасть друг с другом. Подобное свойство материальных частиц обуславливает стабильность всей материи. Самые известные из них — электроны, протоны, нейтроны.

А вот бозоны — это силовые частицы, переносчики взаимодействий. Их можно назвать также частицами (квантами) энергии. У них нет массы, как нет и ограничения на число бозонов, способных находиться в данной точке пространства. Они могут скапливаться на одном месте, образуя поток частиц, не отличимых друг от друга. Пример подобной частицы — фотон (квант света), передающий электромагнитное взаимодействие. Любая точка пространства может быть слегка освещена световым бликом, нормально освещена дневным светом, озарена яркой вспышкой лучей.