Олег Фейгин - Квантовые миры Стивена Хокинга

Следующие интереснейшие парадоксы физического времени можно встретить в микромире, рассматривая античастицы и обращение времени. Античастица — это частица-двойник некоторой другой элементарной частицы, обладающая той же массой и тем же спином, но отличающаяся от нее знаками некоторых характеристик взаимодействия (зарядов, таких как электрический и цветовой, барионное и лептонное квантовое число). Элементарная частица — собирательный термин, относящийся к микрообъектам в субъядерном масштабе, которые невозможно расщепить на составные части. Их строение и поведение изучается физикой элементарных частиц. Понятие элементарных частиц основывается на факте дискретного строения вещества. Ряд элементарных частиц имеет сложную внутреннюю структуру, однако разделить их на части невозможно. Другие элементарные частицы являются бесструктурными и могут считаться первичными фундаментальными частицами. Начиная с тридцатых годов прошлого века было открыто несколько сотен элементарных частиц.

Само определение того, что называть «частицей» в паре частица-античастица, в значительной мере условно. Однако природа состоит именно из «частиц», и соответствующие им античастицы определяются совершенно однозначно. Знаменитые теоретики XX века Ричард Фейнман и Джон Уилер построили оригинальную модель античастиц как обычных частиц, живущих «вспять во времени». Парадоксально, но этого оказалось вполне достаточно для определения их свойств. Следуя идеям Фейнмана — Уилера, Хокинг представил, что если античастица участвует в некотором процессе, скажем, испускания кванта электромагнитного поля, то его вероятность будет в точности равна вероятности обратного процесса поглощения точно такого же фотона обычной частицей.

Это, конечно, еще далеко не обратный поток времени, однако, если существуют антимиры, то и макроскопические процессы в них будут происходить «обратным образом». Вообще же говоря, подобная операция обращения времени носит название темпоральной инверсии (Т-инверсии, или обращения времени). Таким образом, действие Т-инверсии на состояние с определенным импульсом и энергией дает исходное состояние с начальными параметрами и координатами. Это объясняется тем, что после обращения времени следует пространственная инверсия (Р-инверсия, или пространственное обращение), изменяющая знаки у пространственных переменных и возвращающая микросистему в исходное состояние.

А вот как сам Фейнман авторским образом применял концепцию темпоральных инверсий ко вполне обычному процессу рассеяния электрона в веществе: «Обычным способом такой процесс может быть описан следующим образом… В некоторый момент t < t (1) имеется только начальный электрон. В момент t (1) внешний потенциал рождает электрон-позитронную пару. В момент t (2) > t (1) позитрон аннигилирует с начальным электроном, так что при t > t (2) остается только рассеянный электрон…». Далее Фейнман продолжал анализировать рассеяние электрона и выдвинул новую версию рассеяния: «…Вместо такого рассуждения мы хотим обобщить идею рассеяния и считать, что электрон рассеивается назад во времени от t (2) к t (1). Поэтому обычный позитрон проявляется как электрон, движущийся во времени вспять…» В заключение Фейнман делает вывод: «Эти два случая соответствуют частицам и античастицам».

Приведенный отрывок из работы Фейнмана конца 50-х годов прошлого века со всей определенностью свидетельствует, что знаменитый физик считал античастицы частицами, движущимися из будущего в наше настоящее и дальше в прошлое. Хокинг и Уилер, развивая идеи Фейнмана, считали, что подобная «антитемпоральная» природа античастиц позволяет успешно объяснить космологический парадокс видимого отсутствия антиматерии в доступных наблюдению частях Метагалактики. Согласно теории относительности, массивные тела искривляют пространство, и время искривляется. Это явление известно нам, как всемирное притяжение. Но вместе с искривлением пространства-времени могут искривляться и все мировые линии, становясь замкнутыми. Двигаясь по таким замкнутым линиям, объект из будущего неминуемо встретится с самим собой в прошлом и сможет повлиять на уже прошедшие события.

Существование в природе замкнутых мировых линий в свое время исследовал немецкий математик Курт Гедель. Замкнутые мировые линии, известные в научно-популярной и фантастической литературе как «петли времени», появляются в окрестности массивных черных дыр. Так, Хокинг и Торн показали возможность образования петель времени в туннелях, связывающих коллапсары. Затем к творческому коллективу Хокинга и Торна присоединился видный британский космолог Ричард Готт. Вместе им удалось на основе струнной теории доказать, что прохождение таких струн сквозь друг друга должно порождать петли времени. Убедившись, что петли времени не противоречат теории относительности, физики попробовали избавиться от логических парадоксов путем ввода некоего глобального принципа, исключающего вмешательство в собственное прошлое.