Знание-сила, 1997 № 05 (839)

Симметрия и асимметрия

В то время, когда предметом гуманитарных размышлений Сахарова было как сделать устройство человечества более симметричным, в физике он пытался найти объяснение, почему Вселенная, управляемая столь симметричными законами, столь явно несимметрична. В обоих случаях он связал явления микро- и мегаскопических масштабов, но очень по-разному.

Не только основатели Соединенных Штатов считали самоочевидной истиной, что все люди созданы равными и вместе с тем каждый человек незаменим. Этот постулат можно разглядеть в сахаровской увязке мирного сосуществования и интеллектуальной свободы.

Физика микромира, напротив, уже с тех пор, как Андрей Сахаров начинал свое знакомство со Вселенной, вынуждена была признать своими постулатами, что элементарные частицы бывают абсолютно тождественными и взаимозаменимыми, но бывают и абсолютно противоположными, настолько противоположными, что при встрече взаимно уничтожаются, лишь вспышкой энергии сообщая окружающему миру о своей совместной гибели. Такие противоположные частицы назвали античастицами. Только для первой открытой экспериментально античастицы — антиэлектрона — физики придумали собственное имя — позитрон. Имена остальных образуют с помощью приставки анти: антипротон, антинейтрон, антисигма- минус-гиперон.

Асимметрия Вселенной, над которой задумался Сахаров в середине шестидесятых годов, состоит в том, что в нашем космическом окружении наблюдается удивительно мало античастиц по сравнению с частицами. И слава Богу, иначе каждый второй метеорит производил бы тунгусскую Хиросиму. Но эта воля Божья физикам-теоретикам была совсем непонятна — согласно основаниям тогдашней науки, самоочевидной истиной считалось, что протон и антипротон созданы равными, как и всякая другая пара такого рода. А значит, метеориты и антиметеориты должны бы быть представлены во Вселенной равноправно.

Можно было думать, что речь идет лишь о нашем — земном — космическом окружении, что нам просто не повезло оказаться в такой части Вселенной. Физики авантюрного склада стали искать антивещество в космосе, писатели-фантасты устраивали драматические встречи земного космического корабля с неземным и — вполне возможно — состоящим из антивещества, а физики, которые шутят даже по столь серьезным поводам, предлагали свой способ узнать, не прилетел ли тот корабль из антимира,— если среди ученых на его борту преобладать будут антисемиты.

Сахаров, однако, со всей серьезностью отнесся к асимметрии, то есть счел ее характеристикой не просто нашего ближайшего космического окружения, а всей Вселенной, или, лучше сказать, всей нашей Вселенной. Предметом его размышлений было — как симметрия законов микромира может совмещаться с асимметрией мегамира.

К тому времени, впрочем, симметрия микромира стала уже не столь простой, как правое и левое крылья бабочки:

В 1956 году физики экспериментально обнаружили, что бабочка микромира скорее устроена так:

то есть правое крыло переходит в левое, если его зеркально отразить и одновременно черный цвет поменять местами с белым — частицы поменять местами с античастицами.

Всего восемь лет было дано физикам, чтобы привыкнуть к этой симметрии, а в 1964-м — из-за новых экспериментов — и ее пришлось усложнить:

С тех пор, чтобы одно крылышко бабочки в микромире превратилось в другое, надо было

Р) поменять местами правое и левое.

С) поменять местами черное и белое (частицы с античастицами), и

Т) букву Т повернуть вверх ногами (изменить направление времени на противоположное).

В жизни за пределами физики элементарных частиц довольно часто меняют местами правое и левое, черное и белое, иногда и ставят вверх ногами; но с изменением направления времени встречаются только при обратной перемотке пленки на видеомагнитофоне. Физики-теоретики понимали, что означает «изменить направление времени», еще до появления видеомагнитофонов. Одним из первых, кто обсуждал свойства СРТ-бабочки, был Сусуму Окубо, американский физик японского происхождения. Его, правда, интересовал только микромир.

А Сахаров в новой полной СРТ-симметрии микромира, связавшей три асимметрии, увидел возможность объяснить С-асимметрию мегамира. Сам он в 1967 году изложил суть своей идеи в четверостишии;

Из эффекта С. Окубо

при большой температуре

для Вселенной сшита шуба

по ее кривой фигуре.

Важнейшее экспериментально установленное обстоятельство — то, что мегамир Т-асимметричен, наша Вселенная расширяется. Сегодня она не такая, как вчера, а позапоза... вчера была совсем не такая. Здесь приставку «поза-» надо употребить миллион миллионов раз, чтобы попасть ко времени Большого взрыва, когда асимметричная фигура Вселенной только складывалась. И поскольку эта фигура складывалась в процессах, бурлящих в каждой точке тогдашнего микромира, ее Т- асимметрия должна была породить и С-асимметрию.

Как породить и насколько большую — это уже не для семиклассников (во всяком случае не для нынешнего их поколения).

Порхая бабочкой над сложными формулами СРТ-физики, можно лишь поэтически узреть общую космологическую симметрию — не ограничиться пределами наблюдаемой Вселенной, а подумать о том, что было и другое крыло космологической бабочки — до Большого взрыва. А мы — просто по техническим причинам, по краткости человеческой жизни — видим лишь одно — наше — крыло.

Что удивительно— как много может успеть за свою короткую жизнь человек, научиться писать правой и левой рукой одновременно, разглядеть симметрию асимметричного мира природы и сделать симметричнее мир человека.

Так я бы, пожалуй, завершил рассказ об Андрее Сахарове для американских семиклассников.

Не думаю, что его реальная — устная — версия была понятнее. Поэтому, признаюсь, очень обрадовался, когда через неделю получил из школы пачку так называемых Thank-you писем. Одно из них позабавило меня больше других. Автор по-американски сдержанно, но энергично поблагодарил меня за рассказ и выразил надежду, что мое биографическое исследование будет успешным и станет бестселлером. И подписался.

Не сразу я заметил, что Вилли подписался не так, как это делал Сахаров. Замечательно все-таки, что симметрии и люди бывают очень разные. •

ТЕМА НОМЕРА

На границе миров

В конце двадцатого века планета Марс заняла первое место среди планет, интересующих землян. Причина этого выбора, как пи странно, одна — у богатой страны Америки появились деньги, чтобы исследовать Марс.

Появление этой планеты в фаворитах у НАСА тоже не составляет большой загадки — ее довольно легко изучать, можно разрешить, наконец, долгие споры о происхождении каналов на его поверхности.

Как всякое порядочное шоу, начало штурма Красной планеты имело прелюдию — обнаружение следов жизнедеятельности бактерий на «марсианском» метеорите, теперь идет основное действие — запуск, попет и посадка многочисленных лабораторий (Любопытно, что первая посадка на поверхность Марса состоится в День независимости США — 4 июня 1997 года.) Но вине нашей страны в этой истории появился даже драматический оттенок. Но до недавнего времени и экспедиции на Марс, и все разговоры вокруг них были лишены хотя бы какого- нибудь идеологического обоснования. Не существовало идеи, ради которой стоило бы расходовать огромные деньги и ресурсы пусть и самой богатой страны в мире.