Борис Штерн - Прорыв за край мира

Такая асимметрия между миром и антимиром достаточно тривиальна и компенсируется заменой правого на левое. Понятно, что если отличие только в этом, то никакого перекоса между барионами и антибарионами в ранней Вселенной не получить. Если мир и антимир одинаковы при замене правого на левое, то это называется CP-инвариантностью. Было время, когда считалось, что СР-инвариантность выполняется точно. Но в первой половине 1960-х было экспериментально обнаружено нарушение CP-симметрии. А это уже более существенное различие между миром и антимиром, хотя и выраженное очень слабо.

В свете нарушения CP-инвариантности физики разных миров уже могут понять, одинаковы или противоположны их миры в зарядовом отношении. Соответствующая инструкция может выглядеть следующим образом:

Возьмите нейтральные долгоживущие К-мезоны. Они могут распадаться на три частицы, одна из которых-либо электрон, либо позитрон (а две другие — заряженный π-мезон и антинейтрино или нейтрино). Мы, земляне, называем позитроном такую частицу, которая чаще рождается в этих распадах. Если ваши атомы содержат позитроны, то вы сделаны из антивещества. Встреча с вами нам противопоказана!

Проблема барионной асимметрии Вселенной

Среди космологических фактов есть два, касающихся барионов (протонов с нейтронами) и требующих объяснения.

1. Во Вселенной есть барионы и практически нетантибарионов.

2. Число фотонов во Вселенной примерно в миллиард раз больше числа кварков, составляющих протоны и нейтроны. При огромных температурах в ранней Вселенной происходило интенсивное рождение и уничтожение кварк-антикварковых пар, и количество кварков и антикварков было примерно равным количеству фотонов. Кварки рождались и уничтожались в парах с антикварками, поэтому на каждый миллиард кварк-антикварковых пар приходился один «лишний» кварк. При остывании Вселенной кварки проаннигилировали с антикварками, а лишний кварк себе пары не нашел и дожил до наших дней. Вопрос: как получилось, что во Вселенной появилось такое неравенство между кварками и антикварками — очень маленькое, но крайне важное для нашего с вами существования?

Эту проблему впервые поставил А.Д. Сахаров в работе 1967 года. Там же он сформулировал необходимые условия для того, чтобы такой перекос смог образоваться:

1. Барионное число, то есть разность между числом кварков и антикварков должно нарушаться (как следствие, протон должен распадаться, хотя и за огромное время), кварки не всегда рождаются в паре с антикварками. Экспериментально такое нарушение не зарегистрировано, но нет никаких глубоких причин, почему его не может быть. В случае электрического заряда закон его сохранения связан с безмассовостью фотона.

2. Должна нарушаться СР-инвариантность (см. врезку выше).

3. При образовании перекоса Вселенная должна временно выйти из состояния термодинамического равновесия.

Общепринятого конкретного сценария образования барионной асимметрии до сих пор нет, хотя разработан ряд возможных моделей.

После открытия конечной толщины льда и шарообразности Мира космология европиан стала более самосогласованной. Всё очевидным образом решилось с силой тяготения: она универсальна, направлена к центру Мира, действует и на воду, и на лёд, держит Мир единым — скрепляет его от разлета в окружающую пустоту. А также создает огромное давление среды и выталкивающую силу, действующую в воде. Благодаря экспериментам в вакуумных камерах, их теория тяготения была доведена до состояния, тождественного нашей ньютоновской теории гравитации.

Вместе с тем стало ясно, что картина мира катастрофически неполна. Что там, в пустоте за ледяным панцирем? Если нет ничего, и Мир является единственной сущностью, то почему он вращается? Ведь вращение говорит о какой-то вторичности, о том, что Мир не есть центр всего сущего. Так что же там?

Внешнее пространство стало тяжелейшей мировоззренческой проблемой, наплодившей множество фантазий. От бесконечной пустоты, окружающей единственный в ней Мир, до вложенных друг в друга вращающихся сфер. От множества однотипных миров, свободно летающих в пространстве, до исполинского иерархического хоровода хороводов разнообразных тел.

В то же время встал и другой вопрос: что поддерживает тепло недр? Ведь оно передается в холодный лёд и дальше как-то уходит в неведомое пространство. Если Мир вечен или существует очень долго, то его энергия должна была исчерпаться. Что пополняет запасы тепла?