Андрей Сахаров. Наука и свобода
Шрифт:
Если излучение и вещество пересчитать на частицы — фотоны и барионы, то окажется, что сейчас на один барион приходится около миллиарда сегодняшних, «еле теплых» фотонов.
А что было вчера? Вчера, когда Вселенная была меньше в размерах, фотоны — по законам физики излучения — были горячее. А если углубиться в прошлое достаточно далеко, то был и такой момент, когда энергии среднего фотона уже (еще) хватало, чтобы родить пару барион — антибарион. До этого момента фотоны легко превращались в такие пары, а всякая пара при встрече так же легко превращалась в фотоны — аннигилировала. Поэтому в то горячее время подобных пар было примерно столько же, сколько фотонов. А значит, пар барион — антибарион было в миллиард раз больше, чем дошедший до наших дней избыток барионов над антибарионами.
Это означает, что в очень молодой и горячей Вселенной барионов было всего на одну миллиардную часть больше, чем антибарионов. Так что барионная асимметрия, присущая природе, на самом деле не просто маленькая, а вызывающе маленькая.
Сахарову, во всяком случае, было «трудно представить себе», чтобы изначально, по природе вещей, на 1000 000 000 фотонов, приходилось столько же — 1000 000 000 — антибарионов, а барионов всего на одну штуку больше 1000 000 001.
Такие изначальные числа, на взгляд Сахарова,
режут глаз, такого не может быть<> Именно это обстоятельство (как видит читатель, из области интуиции, а не дедукции) и было исходным стимулом для многих работ по барионной асимметрии, в том числе и моей.
Было оно стимулом и для Стивена Вайнберга, нобелевского лауреата 1979 года и автора бестселлера о первых трех минутах Вселенной. В 1977 году он писал:
Число барионов, приходившееся на один фотон, могло вначале иметь какую-то разумную величину, возможно, близкую к единице, а затем могло упасть до нынешнего малого значения из-за образования многих фотонов. Загвоздка здесь в том, что никому не удалось предложить механизм образования таких лишних фотонов. Несколько лет тому назад я сам пытался что-нибудь придумать в этом роде, но безуспешно. [363]
363
Вайнберг С. Первые три минуты: Современный взгляд на происхождение Вселенной / Пер. с англ. под. ред. с пред. и доп. акад. Я.Б. Зельдовича. М.: Энергоиздат, 1981, с. 95; Weinberg, Steven. The first three minutes: а modern view of the origin of the universe. New York: Basic Books, 1977, p. 97.
Поэтому Вайнберг решил игнорировать все «нестандартные возможности» и принял барионную асимметрию как факт, не поддающийся объяснению.
К выходу книги Вайнберга на русском языке в 1981 году, однако, обнаружилось, что зря он проигнорировал нестандартную возможность, указанную Сахаровым в 1967 году [364] Зельдович, под редакцией которого выходил русский перевод книги Вайнберга, посвятил этой возможности специальное дополнение.
Но и сам Зельдович, первым узнавший о сахаровской работе, долго считал ее слишком нестандартной, чтобы быть правильной. Сахаров вспоминает свой разговор с ним в 1967 году:
364
Сахаров А.Д. Нарушение CP-инвариантности, C-асимметрия и барионная асимметрия Вселенной (Письма в ЖЭТФ 1967) // Сахаров А.Д. Научные труды. М.: Центрком, 1995, с. 219.
Яков Борисович спросил, какая из моих чисто теоретических работ больше всего мне нравится. Я сказал: «Барионная асимметрия Вселенной». Он как-то весь сморщился, сжался: «Это та работа, где барионный заряд не сохраняется и время течет в обратную сторону?» — «Да, та самая». Зельдович промолчал, но было ясно, что он сильно сомневается в ценности этих моих идей.
Новая идея Сахарова показалось «фантастической и безумной» также и Е.Л. Фейнбергу. Получив экземпляр статьи с дарственной надписью, он подумал: «Ну, конечно, Сахаров может себе все
365
Фейнберг Е.Л. Для будущего историка // Он между нами жил… Воспоминания о Сахарове, с. 663.
Дарственная надпись была стихотворной:
Из эффекта С. Окубо при большой температуре для Вселенной сшита шуба по ее кривой фигуре.Что же такое фантастическое и безумное крылось за этим стишком?
Стихотворное изложение идеи барионной асимметрии (на экземпляре статьи 1967 года, подаренном Е.Л. Фейнбергу).
Мы уже знаем, что фигура Вселенной (барионно) кривая, и знаем, что теоретикам особенно не давало покоя, что лишь слегка кривая, всего на одну миллиардную. Ни один портной не станет принимать в расчет, если правое плечо клиента на один миллиметр выше левого. Космологов же беспокоило различие в миллион раз меньшее, но лишь потому, что в этом различии угадывалось нечто, связанное с самим происхождением Вселенной.
Американский теоретик Сусуму Окубо о космологии не думал. В середине 50-х годов он занимался физикой элементарных частиц, когда там всплыли свои загадочные асимметрии.
До того времени (молчаливо) считалось, что в мире элементарных, простейших, частиц все должно быть в высшей степени симметрично. У этих точечных составляющих вещества не было ничего похожего на правую и левую руку. И потому не должно было быть ничего похожего на асимметрию правшей и левшей в мире людей. В микромире царила, как считалось, зеркальная симметрия — полный паритет (Parity) правого и левого, или P-симметрия, как у крыльев идеальной бабочки.
P-симметричная бабочка
Точнее говоря, считалось, что если возможно некоторое явление в мире элементарных частиц, то, отразив это явление в зеркале — поменяв местами правое и левое, мы получили бы явление столь же возможное.
В 1956 году произошло знаменательное событие — экспериментаторы обнаружили, что мир элементарных частиц не вполне P-симметричен, то есть существуют явления, зеркальная копия которых не столь же возможна.
Обнаруженная асимметрия микромира вызвала переполох у теоретиков. Они стали вглядываться в две другие симметрии, которые до того времени молчаливо считались столь же несомненными в микромире. Операция C заменяет всякую элементарную частицу на ее античастицу, то есть всякий заряд (Charge) на противоположный. Операция T поворачивает время вспять — заменяет всякое движение на противоположное. Представим себе все частицы белыми биллиардными шариками, а их античастицы — черными. Тогда операция C меняет цвет шариков на противоположный, а операция T столкновение шариков, записанное на видеопленку, заменяет на такое, когда пленку пускают в обратную сторону.
Каждая из операций P, C, T подобна взмаху волшебной палочки. Так что в 1956 году физики, к своему удивлению, обнаружили, что взмах P-палочки меняет микромир. Из основных принципов теории следовало только то, что взмах сразу тремя палочками одновременно ничего в физике не меняет. Это назвали CPT-симметрией.
А по отдельности? Несколько десятилетий физики были уверены, что жизнь микромира симметрична для любой из C, P, T волшебных палочек. Быть теоретиком в таком мире, может быть, и проще, но…