Ученые создали «машину времени» и увидели антимир: получен ответ на главный вопрос в современной физике

Pinned onto Новости

В Большом взрыве должно было родиться равное количество материи и антиматерии, но в сегодняшней Вселенной мы почему-то антиматерии не видим. Тот, кто ответит, куда делся антимир, получит сразу сто Нобелевских премий, потому что этот вопрос считается важнейшим в современной физике. Ученым удалось в лаборатории воспроизвести Вселенную сразу после Большого взрыва, и они наблюдали антивещество, которое стремительно сваливало куда-то прочь. Вероятно, где-то за пределами нашей Вселенной есть анти-Вселенная, вот и ответ. Статья опубликована в журнале Nature.

ПЕРВОБЫТЫЙ КОСМИЧЕСКИЙ «СУП»

Мы (как нам кажется) неплохо знаем, что происходило в первые мгновения после Большого взрыва. Тайной остается состояние «до» и в самый момент, потому что современная физика не может описывать объекты бесконечной плотности (именно такой, сингулярный объект и взорвался, произведя все сущее).

Мы даже можем попробовать соорудить нечто вроде «машины времени» и в лаборатории воссоздать условия, которые царили через доли секунды после Большого взрыва. Что и провернула команда исследователей на Релятивистском коллайдере тяжелых ионов (RHIC). RHIC напоминает Большой адронный коллайдер, и считается вторым в мире ускорителем по мощности после него, однако по ряду параметров он по-прежнему номер один.

Накачав вещество энергией и получив нечто вроде первобытного космического «супа» (конечно, в миниатюре), ученые неожиданно обнаружили тяжелое экзотическое ядро, и это было именно ядро антиматерии. Оно состояло из антипротона, двух антинейтронов и одного антигиперона. Это было ядро атома водорода… антиводорода, но очень тяжелое и странное. Его назвали антигиперводородом-4.

— Большая часть созданной антиматерии покидает быстро расширяющийся огненный шар, не аннигилируя, — сказано в статье.

Таким образом, ученые видят, что Большой взрыв (даже маленький) действительно создает антиматерию, но она стремительно покидает Вселенную обычного вещества (огненный шар), и аннигилировать (уничтожаться) не собирается.

Значит ли это, что вместе с Миром родился и Антимир, который оперативно убежал, избежав аннигиляции, и существует где-то помимо нашей Вселенной? Может быть. Из исследования это прямо не следует, зато теперь мы знаем, что антивещество не просто рождалось вместе с обычным – оно появлялось в виде сложных частиц, атомов, и в принципе из таких атомов можно сконструировать антимир.

АНТИМИР В БАТАРЕЙКЕ?

Наука наплодила столько сущностей, что обывателю несложно запутаться. Есть темная материя. Принципиально непостигаемая и ненаблюдаемая. Только притягивает – по гравитации ее и засекают. Это одно.

Есть темная энергия. Она придает Вселенной некие свойства, которые без нее не объяснить никак. И она тоже не наблюдается. Это второе.

А есть антиматерия. Она – в точности как наша, но с противоположным электрическим зарядом. Скажем, в нашем мире электрон заряжен отрицательно, а анти-электрон, позитрон, положительно. Даже нейтральные частицы могут быть «анти» — в этом случае противоположно заряжены кварки, из которых они состоят. Это третье. И речь именно об этом.

При встрече материя и антиматерия взаимно уничтожаются, аннигилируют, выделяя кучу энергии в точном соответствии со знаменитой формулой Эйнштейна (энергия равна массе, умноженной на квадрат скорости света).

И в чем проблема, скажет иной читатель. Вот батарейка. В ней плюс и минус. Один полюс производит электроны, другой, стало быть, позитроны. В лампочке они аннигилируют.

Конечно, нет.

Батарейка производит только электроны. Другой ее полюс – это просто некая база, основа, относительно которой создается напряжение, что и позволяет току двигаться (примерно так же вы производите вакуум, всасывая жидкость трубочкой). И если бы в лампочке шла аннигиляция, вы бы аннигилировали вместе с ней. А позитронов вы просто так не отыщите.

ВСЕ НАЧИНАЛОСЬ С ЛЖЕНАУКИ

Слово «антивещество» впервые появилось все в том же журнале Nature в 1898 году, в статьях физика Артура Шустера. По современным меркам его писания вполне себе тянут на лженауку (да, Nature не всегда был строгим господином, застегнутым на все пуговицы), но правда в том, что физике, чтобы жить, нужно «анти». У эфира был антиэфир, у гравитации – антигравитация, и, хотя эти построения развалились с появлением теории относительности, идея чего-то противоположного никуда не делась.

Считается, что концепцию антиматерии создали и развили Поль Дирак и будущий отец атомной бомбы Роберт Оппенгеймер незадолго до Второй мировой войны. В 1960-е антимир вошел в моду, о нем судачили на студенческих посиделках и писали популярные СМИ. Но постепенно тема антиматерии стала среди физиков негласно считаться проклятой. Если есть возможность, физики ее избегают – но некоторые, напротив, к ней тянутся.

Несмотря на то, что антиматерия нужна, чтобы наши формулы сошлись, в реальности ее практически нет. Очень немного образуется каждую секунду, когда космическая радиация бомбардирует верхние слои атмосферы, и тут же исчезает. В ускорителях за всю историю получили сущие нанограммы антиматерии (и, понятно, что тут же все аннигилировало). Нет скоплений антиматерии и где-то далеко во Вселенной. В противном случае мы бы видели, как по границе мира и антимира гремели взрывы и горели космические пожары, но мы – не видим. И вопрос, куда все делось.

В свое время тема антиматерии стала среди физиков негласно считаться проклятой. Если есть возможность, физики ее избегают.

Фото: Shutterstock.

МИР КРИВОЙ

Эта проблема называется «барионная асимметрия», или асимметрия материи.

Физики вообще начинают понимать, что симметрия в мироздании – нечто большее, чем сложенный пополам лист бумаги. По какой-тот причине все сущее предпочитает левое правому, или правое левому в зависимости от того, говорим мы о молекулах, атомах или кристаллах – симметрии нет нигде. Похоже, мир существует благодаря тому, что он кривой.

В науке есть два базовых подхода, чтобы объяснить отсутствие антимира. Его или нет, или он где-то в другом месте.

Сторонники первого (преобладающего) подхода опираются на принципы, сформулированные в 1967 году советским физиком Андреем Сахаровым. Они стремятся доказать, что по какой-то причине в ядерных процессах не производится такого количества антивещества, какое мы ждем. Какие-то опыты подтверждают такой подход, какие-то не очень, эксперимент, ради которого мы сегодня собрались, скорее не подтверждает.

Что касается второго подхода, как мы уже говорили, внутри нашей Вселенной, скорее всего, островов антимира нет. Со стороны антигалактика будет выглядеть так же, как галактика, в телескоп не отличить. Но в зоне соприкосновения – аннигиляция, а этого нет.

Тогда физики предположили, что Больших взрывов было два, одновременно, и родились мир и антимир. Но относительно темной материи говорят то же (темный Большой взрыв, который произвел темную материю), и, выходит, их было три, а может, и больше, не многовато ли?

Опыты дают еще одну возможность: как только антиматерия родилась, она удрала за пределы нашей Вселенной, не успев аннигилировать. Конечно, это тоже всего лишь гипотеза, а правды пока никто не знает.