Гениальный создатель теории относительности Альберт Эйнштейн еще несколько десятков лет тому назад задумался над загадкой природы, которая заключается в следующем: если поместить на одну чашу воображаемых весов все частицы, несущие положительный электрический заряд, а на другую чашу— все имеющиеся на земле частицы с отрицательным зарядом, то обнаружится поразительная разница в весе этих двух чаш. Общий вес частиц с положительным электрическим зарядом в 1 836 раз превышает вес частиц с отрицательным зарядом, что противоречит закону абсолютного равновесия, существующему в природе. Эйнштейн занялся изучением неизвестного до той поры явления: «Где скрываются недостающие частицы с отрицательным зарядом?»
Эйнштейн не сумел объяснить это явление. Уже после его смерти в ядерной физике были совершены сенсационные открытия, которые сделали эту проблему удивительно интересной. Мы должны заранее оговориться, что, несмотря на эти открытия, проблема все еще продолжает оставаться открытой, и, наверное, понадобится еще немало времени, чтобы разрешить ее.
Кроме того, в физике существует еще одна проблема. 30 июня 1908 года часть огромного лесного массива, простирающегося в бассейне реки Подкаменной Тунгуски (в Сибири), неожиданно оказалась уничтоженной в результате исключительно сильного взрыва.
Гигантские отблески зарева были видны в радиусе 600 километров, а грохот взрыва люди слышали на расстоянии до 1000 километров. По всей вероятности, на землю упал метеорит. Но этот метеорит существенным образом отличался от всех дотоле известных метеоритов. На месте его падения не удалось обнаружить ни одного осколка. Отсюда вторая загадка: «Куда пропал Тунгусский метеорит?»
Но самое удивительное то, что две загадки, о которых мы рассказали, по-видимому, тесно связаны друг с другом и что одна из них представляет собой ключ к разгадке другой.
Тем, кто уже давно с нетерпением ждет ответа на вопрос, каким же образом эти две тайны связаны друг с другом, придется еще известное время подождать. Ибо прежде чем объяснить эти явления — в той мере, в какой это вообще возможно в настоящее время, — необходимо рассмотреть целый ряд частных вопросов.
Что такое „элементарные частицы"?
Атомы, как явствует из самого их названия, — мельчайшие неделимые частицы вещества. Однако это определение, доставшееся нам от древних греков, в настоящее время уже устарело, поскольку установлено, что атомы можно разложить на еще более мелкие, так называемые элементарные частицы. Атомы образуются из трех видов стабильных (то есть относительно долговечных) элементарных частиц: протонов, нейтронов и электронов. Первые два вида частиц образуют ядро атома, а последние — его оболочку. В ядре каждого атома содержится столько протонов, сколько электронов имеется на оболочке. Протоны и электроны имеют совершенно равные по величине заряды, с той лишь разницей, что у протонов заряд положительный, а у электронов отрицательный. Однако каждый протон приблизительно в 1 836 раз тяжелее электрона. Этим и объясняется та большая разница в весе между частицами с положительным и отрицательным электрическим зарядом. Помимо этого, в ядре атома содержатся еще и нейтроны, которые как бы удерживают протоны. Они обладают примерно таким же весом, что и протоны, но не имеют электрического заряда.
До тех пор, пока эти три вида элементарных частиц считались единственными, строение вселенной с точки зрения физики представлялось очень простым. Но тем временем было открыто свыше 30 различных видов элементарных частиц, в большинстве своем нестабильных (то есть недолговечных), которые на протяжении небольшого промежутка времени— самопроизвольно или в результате столкновения с другими частицами — претерпевают изменения. При определенных условиях из «обычного» атомного ядра можно извлечь не только его «обычные» компоненты — протоны и нейтроны,— но и сотни других, качественно отличных частиц.
Однако они еще не были достаточно изучены, когда в 1928 году английский физик Дирак обнаружил чрезвычайно интересную категорию элементарных частиц — так называемые античастицы. Прежде всего, само это открытие было сделано поразительным образом: Дирак пришел к нему не экспериментальным путем. Вывод о существовании таких античастиц он сделал в результате чисто теоретических умозаключений «за зеленым сукном» Дирак решил, что если определенные физические законы имеют всеобщее распространение, то у электронов должны существовать «антиподы» с такой же ничтожно малой массой, но не с отрицательным, а с положительным зарядом.
Через четыре года частицы, существование которых предсказывал Дирак, были действительно открыты. Они были обнаружены в космических лучах и названы позитронами. В 1934 году их удалось по лучить опытным путем в лаборатории. Позитроны можно было бы назвать антиэлектронами, поскольку фактически они представляют собой «антиподы» электронов. Здесь следует отметить еще одно интересное явление: при столкновении электрона и позитрона оба они превращаются в один из видов материи — электромагнитное поле, а именно в гамма-лучи. После этого электроны и позитроны уже нельзя обнаружить в виде частиц. Но они не исчезают, а превращаются в электромагнитное поле, которое нетрудно обнаружить.
Они также встречаются парами!
Вслед за позитронами было открыто много других в высшей степени нестабильных элементарных частиц, которые преобразуются в другие частицы за одну миллионную и даже одну десятимиллиардную долю секунды. Одну категорию этих элементарных частиц назвали мезонами. Это название говорит о том, что они занимают промежуточное положение между легкими элементарными частицами, такими, например, как электроны и позитроны, и тяжелыми частицами, такими, как протоны и нейтроны. Их масса в 207 — 966 раз больше массы электрона (а масса протона в 1 836 раз больше массы электрона). У мезонов также существуют парные частицы, одна из которых, как и в паре электрон — позитрон, является античастицей. Есть положительные, отрицательные и нейтральные пи-мезоны, точно так же как положительные, отрицательные и нейтральные мю- и тау-ме-зоны (названные буквами греческого алфавита для обозначения различных видов мезонов). Партнеры в этой паре дополняют друг друга не только своим электрическим зарядом, но и в других отношениях. Среди гиперонов, элементарных частиц еще более тяжелых, чем протоны и нейтроны, известны гипероны «сигма» — одни с отрицательным зарядом, другие с положительным.
Развивая эту мысль дальше, легко «предположить», что у всех элементарных частиц имеются «антиподы» в виде античастиц. Исходя из этого, физики так- же предположили существование подобных античастиц. Они продолжали свои исследования, пытаясь прежде всего обнаружить «антиподы» основных компонентов атомного ядра — протонов и нейтронов, имеющих такое большое значение для нашей вселенной. Но обнаружить антипротоны и антинейтроны в окружающей нас природе, по-видимому, не удастся. Ибо, как видно на примере позитрона (антиэлектрона) и электрона, столкновение античастицы с соответствующей «обычной» частицей влечет за собой полное превращение, сопровождающееся сильным излучением энергии. Таким образом, если бы на земном шаре и в окружающем его районе космического пространства и находились антипротоны и антинейтроны, го они не могли бы долго просуществовать, будучи не в состоянии избежать столкновения с бесчисленными «обычными» частицами. Но если антипротоны и антинейтроны действительно представляют одну из форм бытия материи, то, следовательно, их можно получить искусственным путем!
Цель— производство антивещества!
Сегодня мы уже можем констатировать, что производство антивещества возможно, хотя и является нелегким делом. Для этого требуется придать протонам громадные энергии, а затем столкнуть их с атомными ядрами. После этого среди обломков разрушенных таким образом ядер, среди множества других элементарных частиц можно обнаружить и пару частиц протон—антипротон. Производство таких антипротонов в Советском Союзе и США связано с постройкой гигантских ускорителей частиц, требующей миллиардных расходов (см. «Молодежь мира» №7 за 1958 год). В 1955 году впервые удалось получить антипротоны. Это было достигнуто следующим образом: протоны с большой скоростью устремлялись к медной пластинке. В результате этого процесса от пластинки вместе с другими частицами отделялись и антипротоны. Разумеется, «только вместе с другими», так как на 60 тысяч пи-мезонов приходилось всего 2 антипротона!
Размышления „криминалиста"
А теперь с проницательностью настоящего криминалиста попытаемся установить взаимосвязь между этими достижениями ядерной физики и нашими загадками. Будем размышлять так.
Если антипротоны, антинейтроны и позитроны (то есть антиэлектроны) представляют собой форму бытия материи, то, очевидно, могут существовать и антиатомы, состоящие из антипротонов, антинейтронов и антипозитронов, а не из «обычных» протонов, нейтронов и электронов. А что, если в других областях космоса существуют звезды из антиатомов? В этих мирах общая масса частиц с отрицательным электрическим зарядом в отличие от нашей Галактики будет в 1 836 раз тяжелее общей массы частиц с положительным электрическим зарядом! Так вот где кроется разгадка «проблемы Эйнштейна»; в этом случае общая масса космического вещества, помещенная на две чаши весов — на одну частицы с положительным, а на другую с отрицательным электрическим зарядом, — будет уравновешиваться!
Представим себе, что кусок вещества из такого мира, построенного из антиатомов, утром 30 июня 1908 года упал в районе Тунгуски; тогда мы могли бы подшить в наше «досье» и этот «загадочный случай», так как нам теперь известно, что столкновение антивещества с «обычным» веществом приводит к взрывам огромной мощности, сопровождающимся большим выделением энергии. Для того чтобы вызвать разрушения, вызванные Тунгусским метеоритом, достаточно совсем маленького кусочка антивещества. В то же время подобный метеорит из антивещества мог бы служить доказательством существования в прошлом или настоящем в других областях космоса звезд из антивещества.
Но это лишь теоретические рассуждения. Способна ли материя существовать в форме античастиц, это нам пока еще не известно. То, что эти античастицы могут образовывать антиатомы, об этом мы также можем только предполагать. Доказать же существование звездных миров, состоящих из антивещества, не представляется возможным — мы можем лишь считать это вероятным, но даже и это предположение нельзя считать достаточно правдоподобным, поскольку, согласно подсчетам, в окружающей нас природе на 10 миллионов атомов приходится всего лишь один антиатом. Однако эта теория, как и многие другие проблемы ядерной физики, до сих пор еще не разработана в достаточной степени, а посему она не может доказать прямо противоположного, а именно: невозможность существования миров из антиатомов. Фотографические пластинки, доставленные на ракетах на очень большую высоту, зафиксировали следы, весьма напоминающие ядро природного антиатома кремния.
Таким образом, поставленная здесь проблема еще не может быть решена. «Глаз» — спектроскоп, который обычно позволяет астрофизикам изучать строение отдаленных звезд с поразительной точностью, — к сожалению, оказывается «незрячим», когда дело касается разницы между веществом и антивеществом. Если бы на других планетах и существовали люди из антивещества, то по своему образу мышления и поведению они ничем бы не отличались от обычных людей
Разница между веществом и антивеществом становится очевидной лишь при изучении элементарных частиц с помощью определенных физических способов. В то же время это свидетельствует о том, что антивещество вовсе не представляет собой нематериальной субстанции. Скорее всего оно отличается от вещества, занимающего господствующее положение в нашей Галактике, лишь определенными физическими свойствами своих частиц.
ГАНС КЛЕФФЕ