Лоуренс Краусс - Таємниці походження всесвіту

«Передбачення» Дірака, хай навіть неохоче, стало визначною віхою. Уперше існування нової частинки було передбачене суто на основі теоретичних уявлень, що постали з математики. Задумайтеся над цим.

Максвелл «післяпобачив» існування світла в результаті свого об’єднання електрики й магнетизму. Левер’є передбачив існування Нептуна на основі спостережень аномалій орбіти Урану. Але тут ми маємо справу з передбаченням нової основної риси всесвіту на основі суто теоретичних тверджень про природу в її найфундаментальніших масштабах, без попередньої безпосередньої експериментальної мотивації. Може здатися, що це було питанням віри, проте це не так – зрештою, сам автор ідеї в неї не повірив. І хоча подібно до віри це передбачення описувало неспостережувану реальність, на відміну від віри, воно описувало реальність, яку можна було протестувати й спростувати його.

Відкриття Ейнштейном відносності докорінно змінило наші уявлення про простір і час, а відкриття законів квантової механіки Шрьодінґером та Гайзенбергом докорінно змінило наші уявлення про атоми. Уперше поєднавши їх, Дірак прорубав нове вікно в приховану природу матерії в значно менших масштабах. Воно сповістило про початок сучасної ери у фізиці елементарних частинок, задавши тренд, який тривав майже століття.

По-перше, якщо більш узагальнено застосувати рівняння Дірака до інших частинок, а жодного приводу вважати, що цього робити не можна, нема, то «античастинки», як їх назвуть пізніше, з’являться не лише в електрона, а й в інших відомих частинок, що трапляються в природі.

Антиматерія стала атрибутом наукової фантастики. Паливом космічних кораблів на кшталт «Ентерпрайзу» із «Зоряного шляху» неодмінно слугує антиматерія, а можливість побудови антиматеріальної бомби була найдурнішим елементом сюжету нещодавнього детективного трилера «Янголи та демони». Проте антиматерія реальна. У космічних променях було знайдено не лише позитрон; згодом там виявили також антипротони та антинейтрони.

На фундаментальному рівні нічого особливо дивного в антиматерії немає. Зрештою позитрони – це ті самі електрони, тільки з протилежним зарядом. Усупереч поширеній думці, вони не падають «угору» у гравітаційному полі. Матерія й антиматерія можуть взаємодіяти й повністю анігілювати в чисте випромінювання, що виглядає лиховісно. Проте частинко-античастинкова анігіляція – лише один із купи нових можливих способів взаємодії елементарних частинок, який може мати місце при переході на субатомний рівень. Мало того, для анігіляції обсягу матерії, достатнього для виробництва енергії, якої вистачить на запалення лампочки, потрібно накопичити дуже багато антиматерії.

Зрештою, саме тому антиматерія дивна. Вона дивна, оскільки всесвіт, у якому ми живемо, наповнений матерією, а не антиматерією. Усесвіт, зроблений з антиматерії, виглядав би ідентичним нашому. А всесвіт із рівних об’ємів матерії та антиматерії – який, якщо вже на те пішло, видається найприроднішим з усіх усесвітів – був би, якби не сталося чогось непередбачуваного, дуже нудним, адже матерія та антиматерія давним-давно анігілювали б одна одну, і нині такий усесвіт не містив би нічого, крім випромінювання.

Питання, чому наш світ сповнений матерії, а не антиматерії, залишається одним із найцікавіших у сучасній фізиці. Проте коли я зрозумів, що справжня причина, чому антиматерія дивна, полягає лише в тому, що ми ніколи з нею не стикаємося, мені спала на думку така аналогія. Антиматерія дивна в тому ж сенсі, у якому дивні бельгійці. Звісно, вони не дивні самі по собі, але якщо ви подібно до мене коли-небудь зверталися до повної аудиторії людей і просили бельгійців підняти руки, то жодних піднятих рук майже ніколи не було.

За винятком того нещодавнього разу, коли я виступав із лекцією в Бельгії, де мою аналогію сприйняли не надто схвально.

З часів Галілея кожен виявлений прихований зв’язок у природі спрямовував фізику в нові сторони. Об’єднання електрики й магнетизму виявило приховану природу світла. Об’єднання світла із законами руху Галілея виявило втілені в теорії відносності приховані взаємозв’язки між простором і часом. Об’єднання світла й матерії виявило дивний квантовий всесвіт. А об’єднання квантової механіки з теорією відносності виявило існування античастинок.