100 великих загадок астрономии

По общепринятому теперь сценарию (его творцом является А.Д. Сахаров), всего через миллионную долю секунды после Большого взрыва почти все вещество в нашем мироздании (99,99999999 %), погибло, соприкоснувшись с антивеществом. История сотворения Вселенной началась с истории ее разрушения.

Этот космический «судный миг» пережили, по некоторым оценкам, всего по одной элементарной частице из каждых 30 миллиардов. Все это – незримые семена, из которых пророс наш – такой необъятный – мир. Из этой горстки частиц соткана даль мироздания с ее гигантскими скоплениями галактик. Из крох, уцелевших в Микрокосме, возведен величественный Макрокосм.

Итак, мы обязаны своим существованием нарушению симметрии, этому дефекту законов природы? В Божественный план, по которому создавался космос, вкралась ошибка? Мир должен быть рожден так, как возникают в вакууме виртуальные пары частиц и античастиц, – возникают, чтобы сразу исчезнуть? Здесь это правило не сработало.

Сейчас антивещество можно встретить только в лабораторных экспериментах. Физики уже научились изготавливать атомы антиводорода, в которых вокруг отрицательно заряженного ядра обращается позитрон. Однако они возникают всего на миллиардные доли секунды. (Впрочем, в апреле 2011 года в ЦЕРН удалось в течение почти 17 минут при температуре, равной примерно 1 кельвину, удерживать 309 атомов антиводорода, что сулит прорыв в этой области исследований.)

Между тем космологи – вслед за Дираком – порой говорят о том, что, может быть, где-то в отдаленной области космоса и существуют огромные скопления антивещества, возникшего сразу после Большого взрыва. Что, если оно не полностью уничтожилось в первые доли секунды космического творения? Что, если антивещество в нашей части космоса столь же редко, как где-то на далекой окраине Вселенной редко вещество? И все мироздание состоит на самом деле, как из «инь» и «ян», как из «положительного» и «отрицательного», – из двух несходных, несовместимых сущностей?

Антивещество, очевидно, тоже может создавать крупные структуры, как обычное вещество. Вступая в химические реакции, антиводород и антикислород образуют антиводу, антиуглерод и антиводород – органические антисоединения. Антиатомы излучают свет, когда позитроны переходят с одной орбиты на другую. Мы могли бы даже наблюдать звездные системы из антивещества с помощью телескопа, но не догадались бы об их «инаковости», ведь свет, приходящий от них, ничем не отличался бы от света обычных звезд.

В 1960 —1970-е годы нобелевский лауреат, американский физик Луис Альварес, подняв на высоту 4000 метров сверхпроводящие магниты на баллонах, выслеживал антивещество, проникавшее из космоса, но обнаружил лишь позитроны и пару антипротонов – всего около 40 тысяч частиц. Однако, чтобы и впрямь найти антивещество, прилетевшее с антизвезд, нужно, считают ученые, проанализировать миллиарды частиц. Ведь лишь одна частица на 100 тысяч или даже миллион частиц, долетающих до Земли, прибывает из областей, лежащих за пределами Млечного Пути.

Наблюдая звездные системы из антивещества с помощью телескопа, можно не догадываться об их «инаковости»

Между тем даже крупица антивещества размером с горошину, попав в атмосферу нашей планеты, могла бы вызвать страшный взрыв. Так, еще один нобелевский лауреат, американский физик и химик Уиллард Либби, был убежден в том, что загадочный Тунгусский метеорит являлся сгустком антивещества, случайно достигшим окрестности нашей планеты. Может ли такая случайность повториться?

… Итак, прошло почти сто лет с тех пор, как мир узнал о возможном существовании антивещества. В последние десятилетия в научных лабораториях зрим сам факт его существования – горстки антиатомов, рои антиэлектронов. Возможно, в XXI веке ученые обнаружат естественные свидетельства его бытия: антизвезды, антигалактики.

Во вселенной есть тайные тропы?

Многие понятия современной физики прижились и на страницах научно-фантастических книг или даже заимствованы оттуда: телепортация, многомерное пространство, параллельные Вселенные, путешествия во времени… Не стали исключением и «червоточины» (их называют также «кротовыми норами»), сперва подточившие устои космоса в книгах популярного жанра – например, героиня романа «Контакт» американского астронома и писателя Карла Сагана путешествует по «червоточине» в отдаленную часть Вселенной, – а потом эти странные космические туннели стали возникать и на страницах строго научных работ. Доверясь гипотезе, некоторые астрономы смело соединяли ими различные области космоса, прокладывая путь будущим экспедициям. Ведь, оказавшись в такой «червоточине», можно вмиг перенестись на множество световых лет от Земли. Знать бы только, где найти этот «скоростной лифт» мироздания?

Червоточина – это туннель, ведущий сквозь эйнштейновское пространство-время

Общая теория относительности Эйнштейна благоволит самым неожиданным гипотезам. Она позволяет, например, моментально перелететь в окрестность Сириуса (эта звезда находится от нас на расстоянии 8,7 световых лет). Для этого надо проникнуть в «червоточину» или обзавестись двигателем, искривляющим пространство. Кстати, статьи, посвященные подобному двигателю, уорп-двигателю (от английского to warp, «искривлять, искажать»), в последние 15 лет появлялись даже на страницах серьезных научных журналов, ведь принцип его работы вытекает из уравнений Эйнштейна.

В обоих случаях, найди мы тайные тропы мироздания или обзаведись новомодным научным мотором, пространство-время исказится для нас так сильно, что Земля окажется рядом с Сириусом и мы достигнем своей цели. Ведь тот же двигатель деформирует космическое пространство таким образом, что в нем появляются ходы, связывающие отдаленные части Вселенной. Как это понимать?

Представьте себе мироздание в виде листа газеты. Сложите этот лист пополам, и тогда его половинки почти соприкоснутся друг с другом. Можно даже вообразить какой-нибудь микроскопический туннель, соединяющий их. Он либо создан нами, либо возник помимо нашей воли. Остается лишь юркнуть в этот туннель, чтобы мигом достичь цели.

«Червоточина – это туннель, ведущий сквозь эйнштейновское пространство-время; его вполне можно сравнить с тем “туннелем”, который протачивает в ньютоновском яблоке червь, – без литературных образов, подобных тому, что привел профессор физики университета штата Монтана Уильям Хискок, порой трудно разобраться в лабиринтах гипотетических миров, выстроенных современными теоретиками. – Пока червоточины – всего лишь теоретические конструкты, однако они могут помочь нам использовать возможные краевые условия общей теории относительности и эффекты теории квантовой гравитации – науки, которая только создается».

Если бы подобные туннели существовали, то перед нами открылись бы неожиданные возможности посещать отдаленные области Вселенной. Туннели, как скоростные лифты, увозили бы нас туда, куда и помыслить попасть невозможно.

Оптимисты рады уже тому, что ученые не опровергли саму возможность существования таких туннелей. Пессимисты же вновь напоминают, что для путешествий по ним понадобится огромное количество отрицательной энергии.

Эта энергия появляется, например, в окрестностях черной дыры из-за резкого искривления пространства-времени. При медленном испарении – за счет излучения Хокинга – черная дыра успевает подпитаться отрицательной энергией. Она-то как раз и нужна, чтобы перемещаться фактически со сверхсветовой скоростью, в кратчайший срок перелетая на несколько световых лет вперед, к тому же Сириусу.