Читать книгу "Андрей Сахаров. Наука и Свобода - Геннадий Горелик"

Пока физики смотрели на Вселенную просто как на собрание всевозможных астрономических объектов, можно было думать, что только в космических окрестностях Земли так сильно преобладает вещество, а где-то есть и звезды, и планеты из антивещества.

Астрофизики искали признаки антивещества в космосе. Писатели-фантасты устраивали драматические встречи земного космического корабля с неземным и — вполне возможно! — состоящим из антивещества. А шутники предложили свой способ узнать, не из антимира ли прилетел корабль, если среди физиков на борту корабля преобладают антисемиты.

Ситуация сильно изменилась после открытия в 1965 году реликтового космического излучения. Даже скептики поверили, что к Вселенной можно относиться как к единому физическому объекту со своей историей, определяемой законами физики. Стало ясно, что Вселенная когда-то была очень горячей. Оставшееся от того времени реликтовое излучение остыло до температуры, лишь на 3 градуса отстоящей от абсолютного нуля, но зато этого излучения очень много, оно заполняет все пространство Вселенной. А обычное вещество сосредоточено в звездах и планетах, разделенных огромными расстояниями.

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 барионы, которые остались после того, как все пары барион — антибарион аннигилировали в фотоны, и те в процессе расширения остыли настолько, что их энергии уже не хватало на рождение новой пары.

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]

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:

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 позволить, даже такую фантастику».[365]

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.

Три условия Сахарова для 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.