Хван М.П. Неистовая Вселенная: От Большого взрыва до ускоренного расширения, от кварков до суперструн
Подождите немного. Документ загружается.
Я н ко С л ава (Б и бл и отека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Х ван М акси м П етро ви ч. Н еи стовая В сел ен н ая: О т Б о льш о го взры ва до ускор ен н ого
ра сш и рен и я , о т квар ков до суп ер стр ун . — М .: Л Е Н А Н Д , 2 0 0 6 . — 40 8 с.
131
131
м ом зароды ш евом состоян и и ; в-третьи х, так образовалась бари он н ая асим м етрия.
Д ля барионной си м м етри и не осталось м атериала — ан ти кварков.
Т очн о такая ж е участь п ости гла леп тон ы и ан ти леп тон ы : первозданн ы е
ан ти лептон ы «сам осож гли сь» в огн енн ы х актах тотальн ой вселенской ан н и гиляци и ,
и остались ли ш ь «и збы точны е» лепто н ы — электроны , которы е вм есте с протон ам и
и ней трон ам и образую т н ейтральн ы е атом ы без ан ти атом ов в н аш ей окруж аю щ ей
В селенной.
Т ак, п лазм а п ревращ ается и п ревратилась в газ, которы й п од действи ем си лы
грави тации образует косм ически е структуры .
И так, результатом тотальной вселенской ан н и ги ляции первозданн ы х
ф ун дам ен тальн ы х ф ерм ион ов и ан тиф ерм ион ов явилось образовани е трех
ф ун дам ен тальн ы х закон ов аси м м етри и :
1) кварковая аси м м етри я;
2) леп тон н ая асим м етри я;
3) бари он н ая асим м етри я.
А н ти м атер и я
Д уховн ы м отцом анти м атери и , как уж е бы ло сказан о, является великий ф и зи к
всех врем ен П оль А ндри ен М ори с Д ирак, которы й ещ е в 1927 г. (в возрасте 28 лет)
нап и сал свое зн ам ен и тое уравн ени е о взаим одействии реляти ви стского электрона с
электром агн и тн ы м полем . Р еш ение этого уравнени я содерж ало и дею отри ц ательной
энерги и : отри ц ательн ая энерги я ли ш ена ф и зи ческого см ы сла. П оэтом у ф и зики -
теорети ки н аходи лись в состоян и и н еопределен н ости и н едоум ен и я: как п он и м ать и
интерп ретировать отри ц ательную эн ергию , вы текаю щ ую из строго м атем атическ ого
уравнен и я связи электрон а с отри ц ательны м зарядом с электром агн и тны м п олем ?
В едь с м атем ати кой не сп орят: ее верди кту долж н ы просто следовать. Т ак,
отрицательн ая эн ергия сам ы м настоящ и м образом п ривела ф изиков -теорети ков в
полн ое зам еш ательство.
В этой теорети ческой ситуац и и неопределен н ости вы ход наш ел сам автор и деи
отрицательн ой эн ерги и П оль Д и рак, которы й дал экстраорди н арн ую и н терпретац и ю
отрицательн ой эн ергии: отри ц ательн ая эн ергия долж н а бы ть представлена как
полож ительная эн ергия для анти электрона как ан тичасти ц ы электрон а с
отрицательн ы м электрическим зарядом . С ледовательн о, анти электрон как
ан ти части ц а электрона долж ен и м еть п олож и тельны й электри ческий заряд.
Значит, электрон обладает отри ц ательны м электри чески м зарядом , а его ан ти п од
— ан тиэлектрон — полож и тельн ы м электрическим зарядом . Ч то это озн ачает в
ф и лософ ском см ы сле осозн ан и я и поним ан и я этого ф ун дам ен тальн ого ф акта?
Д ело н е только в откры ти и П олем Д ираком ан тиэлектрона как ан ти части ц ы
электрон а, т. е. антим атери и , а в том ф и лософ ском ви дени и при роды : природа
си м м етри чн а п о отнош ени ю к электрическом у заряду. С ум м а отрицательн ого и
полож ительного зарядов равна нулю : В селенн ая в целом электри чески ней тральн а.
Н ейтральны атом ы , и з которы х состоят м олекулы (а из м олекул и атом ов состои м м ы
с вам и, уваж аем ы й чи татель).
П оэтом у величи е творчества м атем ати ческого ген и я П оля Д ирака в глубоком
ф и лософ ском видени и п ри роды м и ра: В селенн ая си м м етри чн а п о отнош ени ю к
электри ческом у заряду.
Я н ко С л ава (Б и бл и отека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Х ван М акси м П етро ви ч. Н еи стовая В сел ен н ая: О т Б о льш о го взры ва до ускор ен н ого
ра сш и рен и я , о т квар ков до суп ер стр ун . — М .: Л Е Н А Н Д , 2 0 0 6 . — 40 8 с.
132
132
С ам о понятие «п озитрон» бы ло введен о в научн ы й оборот автором откры тия
позитрон а как ан ти части ц ы электрон а А н дерсон ом в 1933 г.: электрон как частица и
позитрон как античастица по всем свойствам одинаковы , тож дественны , а
различаю тся только по заряду.
В этом ж е году Д и раку бы ла вручена Н обелевская п рем ия: в Н об елевской
лекц и и П оль Д и рак отм ети л, что сущ ествует н е только ан ти электрон, но долж н ы
сущ ествовать антим атерия, анти звезды и ан ти галакти ки.
А строф изически е н аблю ден и я п оказы ваю т, что в окруж аю щ ей нас В селенн ой
почти отсутствует антим атери я — антивещ ество, и з которого бы состояли звезды ,
галакти ки , и х скоплен и я и сверхскопления. О дни м словом , в круп н ом асш табн ой
структуре н аш ей В селенн ой почти отсутствует ан тим атери я — ан тивещ ество и
объекты (косм ически е), построенн ы е и состоящ ие из ан ти м атерии -ан ти вещ ества. В
косм ически х лучах доля ан тип ротон ов составляет м ен ее 10
-4
от доли п ротон ов, а
ан ти ядра ж е вообщ е не наблю дали сь. В н аш ей галакти ке ан ти вещ ество составляет
10
-10
от косм ического вещ ества — п одчеркиваю т А . Л ю би м ов и Д . К и ш в своей кни ге
«В ведение в экспери м ен тальную ф и зику частиц» (М ., 2001, с. 118).
П роблем а м атерии и ан ти м атери и представляет собой исклю чительн о глубоки й
ф и лософ ский интерес. П оэтом у н и ж е к этой проблем е верн ем ся при рассм отрен и и
проблем ы н аруш ения ком бинирован н ой си м м етри и — С Р в слабы х взаи м одействиях.
Т ри ум ф ом и деи ан тим атери и П оля Д ирака м ож н о бы ло бы счи тать 1955 -1956
гг., когда бы ли откры ты сн ачала антип ротон , а через год — ан ти н ейтрон : в
последую щ ие годы лавин ообразн о откры ваю тся в эксп ери м ен те все анти части ц ы
соответствую щ их частиц.
С оздавалось такое вп ечатлени е, что вся наш а В селенн ая, где м ы с вам и,
уваж аем ы й читатель, ж ивем , си м м етри чн а по отн ош ению к м атерии и ан ти м атерии , к
вещ еству и ан ти вещ еству, к атом у и ан ти атом у, к частиц ам и анти части ц ам .
П ерелом н ы й м ом ент н аступил уж е в 19 57 г., когда Л и и Я н г теорети чески
низвергли сим м етри ю простран ственной четности Ρ Ю дж и н а В игнера со своего
пьедестала: п ространствен н ая четность Ρ долж н а наруш аться в слабы х
взаи м одействиях.
С и м м етри я п ространственной четности Ρ бы ла сф орм улирована в 1925 г., и до
1956 г. н и кто и з ф изиков-элем ен тарщ иков н е сом н евался в ее абсолю тн ой
сохран яем ости . Т ак, укреп и лась аксиом атическая вера в сп раведливость си м м етри и
зеркальн ого отраж ен и я: в пари тетн ости п равого и левого ни кто не сом н евался. П ри
бета-распаде электрон ы всегда вы летали абсолю тно сим м етри чн о во всех
нап равлени ях: н и кто в этом н и когда н е сом невался.
Л и и Я н г тщ ательно и скрупулезно проан али зи ровали п роблем у си м м етри и
простран ствен н ого отраж ен и я — Ρ — и при ш ли к вы воду о том , что и м ею щ иеся
дан н ы е о сохранени и ее отн осятся к сильны м и электром агнитн ы м взаи м одействи ям ,
но ни как н е к слабы м взаи м одействиям . П оэтом у они (т. е. Л и и Я н г) п редлож и ли
проверить их теорети ческое предсказан и е о возм ож н ости н есохран ен и я Р -четности в
процессах слабы х взаи м одействий .
Ч ерез год в свои х блестящ и х эксп ери м ен тах с кобальтом С о
60
By (ки таян ка) и ее
сотрудн и ки из лаборатории К олум би й ского ун и верситета подтверди ли ф акт
наруш ения сим м етри и простран ствен н ого отраж ен и я Ρ в процессах слабы х
взаи м одействий : бы л заф и ксирован п реи м ущ ественн ы й вы лет электрона п ри расп аде
Со
60
влево. Н аруш ен п аритет леви зны и прави зн ы в п ространстве слабы х
взаи м одействий : левое м ож но отличить от п равого.
Я н ко С л ава (Б и бл и отека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Х ван М акси м П етро ви ч. Н еи стовая В сел ен н ая: О т Б о льш о го взры ва до ускор ен н ого
ра сш и рен и я , о т квар ков до суп ер стр ун . — М .: Л Е Н А Н Д , 2 0 0 6 . — 40 8 с.
133
133
Значит, левое и правое н ельзя разли чи ть в процессах си льны х и
электром агн и тн ы х взаим одей стви й , а в процессах слабы х взаим одействий
простран ство чуть-чуть «перекош ено»: в глуби н е В селен н ой на расстоян и и 10
-17
см
левое м ож но отличить от правого.
К ак и звестн о, п ространство В селен н ой обладает трем я ф ун дам ентальн ы м и
принципам и сим м етри и : одн ородности , изотроп н ости и четн ости зеркальн ого
отраж ени я.
В се эти си м м етри и — это больш ие и деализаци и . В селен н ая как
крупном асш табная структура галакти к, скоплений галакти к и сверхскоплен и й н е
м ож ет бы ть и н е является одн ородной: он а является одн ородной в том см ы сле, если
м ы в крупном асш табном плане вы ровняем все эти «ком ки», «ком очки», «бугры » (т.
е. галакти ки, звезды , скоп лен и я галакти к и т. д.).
П оэтом у в ф илософ ском аспекте реальное п ространство В селенн ой и
неодн ородно и одн ородно: оно — един ство противополож н остей.
И зотропн ость пространства н аш ей В селенн ой доказы вает рели ктовое излучени е
(т. е. м икроволн овое ф оновое излучени е), и дущ ее к н ам от Б ольш ого взры ва со всех
сторон изотроп н о, т. е. один аково, равном ерн о. О дн ако, как м ы об этом уж е п и сали , в
последн ее десяти лети е п рош лого, Х Х , века установлен ф ун дам ен тальны м ф акт
ан и зотропности рели ктового и злучени я.
Т аки м образом , простран ство В селен н ой и и зотропн о и ани зотроп н о: оно,
дей ствительно, по п ри роде — един ство противополож ностей. С реальной
диалекти кой В селен н ой бесполезн о сп орить и тем более ее отвергать!
Р -четность в одни х ти п ах взаи м одействи й (С В и Э М В ) сохран яется, а в други х
— слабы х взаи м одей стви ях — наруш ается. В м ире В селенн ой нет и не м ож ет бы ть
ничего абсолю тн ого: абсолю тн ое — это наш е п редставлени е о м и ре на том или и н ом
этапе наш его восп рияти я, познани я ф рагм ен та этого м ира. П оэтом у в ф и лософ ском
восп ри яти и м ира для н ас абсолю тн ое п остоянно стан ови тся относи тельн ы м :
диалекти ка абсолю тного и отн осительн ого реали зуется в обогащ ен и и и укреплени и
объекти вн ого знани я о нем , т. е. м и ре м икрочасти ц и ли косм ическом и
косм ологи ческом .
Р и с. 1.23
1. О круж н о сть — об ъ е кти вн о е знани е.
2. С то р о ны тр е уго л ьн и ка — аб сол ю тн о е и о тноси те л ьн ое позн ание : по зн а ние
д ви ж ется о т а б сол ю тн о го к относи те л ьн о м у и от отн о сите л ьн ого к абсол ю тн о м у.
3. О круж н о сть ка к об ъ е кти вн о е зн ание не м ож е т суж и ваться в принц и пе: оно м ож е т
то л ько р а сш и ряться и увел и чи ва ться.
Я н ко С л ава (Б и бл и отека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Х ван М акси м П етро ви ч. Н еи стовая В сел ен н ая: О т Б о льш о го взры ва до ускор ен н ого
ра сш и рен и я , о т квар ков до суп ер стр ун . — М .: Л Е Н А Н Д , 2 0 0 6 . — 40 8 с.
134
134
Р и с. 1.24
Т акая ж е ф и лософ ская си туац и я с Р -четн остью : одни си лы взаим одей ствий (С В
и Э М В ) сохран яю т Р -четн ость, а другие (С Л В ) н аруш аю т ее. Р -четность —
сохран ени е ин вариантности ф и зических процессов п ри п ереходе от н аш его м ира к
м и ру зеркальн ого отраж ен и я, т. е. при изм енени и координат χ — > - x, у -> -у и z — > -
z.
П оэтом у все эти сим м етри и п ространства В селенн ой (одн ородность, и зотроп и я,
четн ость) им ею т не только больш ое ф и зическое и косм ологическое, н о и
ф и лософ ско-м и ровоззренческое значени е: он и и м ею т больш ое ф и лософ ско -
м и ровоззрен ческое значен и е, п отом у что они являю тся ф ун дам ентальн ы м и
принципам и сим м етри и структуры пространства В селен н ой . П оэтом у их не следует
рассм атри вать в чи сто локально -ф и зическом аспекте: он и являю тся
косм ологи ческим и и п отом у ф и лософ ским и при н ц и п ам и сим м етри и , леж ащ им и в
осн ове н аш его м и ропоним ан и я В селен н ой .
Э то ф и лософ ское полож ен и е со всей очеви дн о стью п роявляется, когда м ы
начн ем рассм атривать сим м етри ю зарядового сопряж ен и я С и ком бинированн ой
четн ости С Р .
В ели кий П оль А н дри ен М ори с Д ирак как духовны й отец антим атери и бы л,
види м о, глубоко убеж ден , что В селенная абсолю тн о сим м етри чн а п о отнош ени ю к
м атерии и ан ти м атери и , вещ еству и ан ти вещ еству, частиц ам и ан ти части ц ам , ин аче
бы он в своей Н обелевском лекц и и не сказал бы , что «сущ ествует не только
ан ти электрон, антим атерия, но и ан тизвезды , ан ти галакти ки».
Т ворческая си туаци я в ф и зике частиц склады валась таки м образом , что
В селенная си м м етри чн а по отнош ени ю к вещ еству и анти вещ еству, части ц ам и
ан ти части ц ам : откры ти е К . А н дерсон ом п озитрона как античасти ц ы электрона;
блестящ ие эксп ери м ен ты парн ого рож ден и я электрона и позитрон а, осущ ествлен н ы е
в К авендиш ской лаборатори и К ем бридж а вели ки м П . Б лэккетом (адм ирал
британ ского ф лота и лорд, впоследстви и , в 1938 г., ставш и й лауреатом Н обелевской
прем и и ) и О ки али н и (И тали я); лавин ообразн ое откры тие в эксперим ентах середин ы
50-х гг. п рош лого века всех анти частиц соответствую щ их частиц; зн ам ен и ты е
диаграм м ы вели кого Р и чарда Ф ей н м ана, зам ен и вш ие ди раковски е эзотери чески е
«ды рки», «м оре виртуальны х части ц и ан тичасти ц » как бездон н ую п роп асть»
энерги и и превративш и е дираковски й хаос в порядок, а такж е создан и е К Э Д трем я
авторам и — Р . Ф ей н м аном , Е . Ш вингером и С . Т ом он ага — все эти и другие
эксперим ен тальны е данн ы е говорили о п равоте великого П оля Д и рака как автора
м атем атического уравнени я, из реш ени я которого следовало н еизбеж ное
сущ ествовани е антим атерии : В селенн ая долж на бы ть сим м етри чн а по отнош ению к
части ц ам и анти частицам .
Т ак обстояло дело в ф и зике м и крочастиц : во В селен н ой долж н о бы ть равен ство
м и крочасти ц и м икроан тичастиц, т. е. равн ое коли чество вещ ества и ан тивещ ества.
А какова си туац и я в косм ологии? К аковы реальное строени е В селен н ой и ее
структура? И з чего она состои т? К аковы строи тельн ы е ки рп и чи ки , и з которы х
сооруж ен а п риродой наш а В селенная? О н а сооруж ена из части ц или из ан ти частиц,
или ж е он а сооруж ена из равн ого количества вещ ества и антивещ ества?
Я н ко С л ава (Б и бл и отека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Х ван М акси м П етро ви ч. Н еи стовая В сел ен н ая: О т Б о льш о го взры ва до ускор ен н ого
ра сш и рен и я , о т квар ков до суп ер стр ун . — М .: Л Е Н А Н Д , 2 0 0 6 . — 40 8 с.
135
135
А строном и ческие и астроф изические наблю дени я в соврем ен ной косм ологии
однозначн о и точно п оказы ваю т, что во В селенн ой почти нет н и ан тиядер, ни
ан ти атом ов, н и антим олекул. Э ти н аблю даем ы е данн ы е п оказы ваю т, что в
окруж аю щ ей нас части В селен н ой н ет н и ан тизвезд, ни ан ти галакти к, о которы х
говорил вели ки й П оль Д и рак.
Т ак, в соврем енн ой косм ологии возни кло вели кое косм ологи ческое
противоречие м еж ду теоретически м п редсказан и ем в ф и зи ке части ц о си м м етри и
части ц и анти части ц и н аблю даем ы м экспери м ен тальн о ф актом об отсутствии п очти
ан ти вещ ества в наш ей м етагалакти ческой части В селенн ой : н аш а В селен н ая вся
почти п остроена из вещ ества без ан тивещ ества. О на аси м м етри чн а п о отнош ению к
вещ еству и ан ти вещ еству: так возни кла асим м етри я вещ ества н ад ан тивещ еством .
В и ди м о, наш е счастье, уваж аем ы й читатель, что В селенная построена
исклю чи тельн о из вещ ества без ан тивещ ества: почти нельзя м ы слен н о п редстави ть
наш е бы ти е при сим м етри и м еж ду вещ еством и ан тивещ еством , и бо он о находи лось
бы в состоян ии ф отон ов и нейтри н о .
Н о наш а ф и лософ ская задача состои т н е в кон статации реального п роти воречи я
м еж ду теори ей и наблю даем ы м : задача науки и ф и лософ ии состои т в объясн ени и —
как и почем у это п роти воречие возн и кло?
П ервы м , кто дал теорети ческое объясн ен и е асим м етрии м еж ду вещ еством и
ан ти вещ еством в н аш ей части В селенн ой , бы л А н дрей Д м итриеви ч С ахаров (вели ки й
ф и зи к, м уж ественны й гум ани ст). Е щ е в 1967 г. А . Д . С ахаров показал, что
асим м етри я м еж ду вещ еством и антивещ еством в соврем енн ой В селенн ой является
следстви ем СР-несохран ен и я в сам ую ранн ю ю эпоху рож дени я и стан овлени я наш ей
В селенной после Б ольш ого взры ва: далекое прош лое оп ределило настоящ ее.
СР-н есохр ан ен и е
Н аиболее важ н ы м эксп ери м ентальн ы м собы ти ем , подтвердивш и м идею П .
Д ирака о сим м етри и м еж ду электрон ом и п озитрон ом , явились знам ени ты е
эксперим ен ты Б лэккета и О киали н и в К авенди ш ской лаборатории в К ем бри дж е, в
которы х бы ло осущ ествлено рож дени е пары электрона и позитрона: электрон
распадается в п аре с позитрон ом и, наоборот, пози трон — в паре с электроном .
Р ож ден и е пары электрона и п ози трон а глубоко связан о с виртуальны м
кон денсатом ф изи ческого вакуум а, о котором писал П оль Д и рак, «м оре»
виртуальны х частиц и ан ти части ц : рож ден и е п ары части ц ы и ан тичасти ц ы —
рож ден и е реальн ого и з виртуальн ого.
П оэтом у заслуга П оля Д и рака заклю чается в ф и лософ ском отн ош ен и и не только
в сф орм улировании впервы е необы чай н ой и неож и данн ой идеи о сим м етри и м еж ду
части ц ей и ан тичастиц ей, но и о ф и зическом вакуум е как виртуальной «бездон н ой
пропасти » бесконечного источн и ка эн ергии рож дени я пар ч астиц и античасти ц :
ф и зи чески й вакуум как «м оре» виртуальны х части ц и античасти ц — бесконечн ы й
источн и к рож ден и я готовы х реальны х части ц и ан тичасти ц из виртуальны х.
П равда, в дальней ш ем это дираковское «м оре» ви ртуальны х части ц и
ан ти части ц как н ечто неоп ределен н ое строго упорядочи л и сделал законом ерны м
Р и чард Ф ейнм ан (С Ш А ), введя в этот м и р хаоса «м оря» ви ртуальны х частиц и
ан ти части ц свои зн ам ен и ты е диаграм м ы рож ден и я частиц и анти части ц и их
взаи м одействий через посредн и ков-бозон ов (ри с. 1.25).
С ам ая зам ечательн ая ф и лософ ская и дея Р . Ф ейнм ана заклю чается в том , что
позитрон — электрон, движ ущ ий ся п о врем ени в обратн ом направлен и и : ось врем ен и
Я н ко С л ава (Б и бл и отека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Х ван М акси м П етро ви ч. Н еи стовая В сел ен н ая: О т Б о льш о го взры ва до ускор ен н ого
ра сш и рен и я , о т квар ков до суп ер стр ун . — М .: Л Е Н А Н Д , 2 0 0 6 . — 40 8 с.
136
136
отн оси тельн а п о крайн ей м ере, по м нен и ю Р . Ф ейнм ана, в м и кроскопи ческом м ире
части ц и ан тичасти ц .
Р ассм атри вая сим м етри ю зарядового соп ряж ени я м еж ду частицей и
ан ти части ц ей, следует отм ети ть ещ е одн о очен ь сущ ествен н ое обстоятельство:
изящ н ое м атем атическое обосн ован и е С -си м м етри и дал великий Г ерм ан В ейль: С -
си м м етри я как ун и версальн ы й закон п ри роды носи т всео бъем лю щ ий характер в м и ре
части ц и ан тичасти ц .
Р и с. 1.25
И так, м ы ви дим явн ое п роти воречи е м еж ду теорети чески м п редсказанием П оля
Д ирака о сим м етрии м еж ду вещ еством и ан тивещ еством во В селенн ой и
наблю даем ой реальн остью почти п олного отсутствия анти вещ ества (античастицы ,
ан ти ядра, анти атом ы ) в окруж аю щ ем н ас м ироздани и . (А ведь это н аш е
косм ологи ческое счастье: как не воздать хвалу творц у В селенн ой !)
Е стественно, возни кает сам ы й глубокий ф и лософ ский воп рос наш его
человеческого бы ти я на м аленьком клочке Зем ли С олн ечной систем ы , дви ж ущ ей ся
со скоростью 290 км /с на пери ф ери и от цен тра наш ей галакти ки, содерж ащ ей более
100 м и ллиардов таких ж е солн ц , как наш а родн ая звезда-свеча, которая обогревает
нас и свети т днем и ночью непреры вн о: п очем у наш а В селен н ая вещ ествен н ая, а н е
ан ти вещ ествен н ая? П очем у н аш а В селенн ая н е сим м етри чн ая п о отнош ени ю к
вещ еству и анти вещ еству и как и каки м образом он а стала вещ ественно -
кри сталли ческой? А что бы ло бы , если н аш а В селенн ая оставалась сим м етри чн ой по
отн ош ени ю к вещ еству и анти вещ еству?
Т огда н ас, уваж аем ы й чи татель, н е бы ло бы , и вряд ли бы при сим м етри и наш ей
В селенной по отн ош ен и ю к вещ еству и ан ти вещ еству прои зош ло бы и образован и е
крупном асш табной структуры н аш ей В селен н ой : В селен н ая до образован и я этой
крупном асш табно й структуры (галакти ки , звезды , скоплен и я галакти к и т. д.) под
дей ствием си лы гравитационн ого при тяж ени я «схлопнулась» бы . Т огда бы не бы ло
бы ни какого всеобщ его удалени я галакти к друг от друга и ни какого расш ирен и я
крупном асш табной структуры : п ри сим м етри и В селен н ой по отн ош ени ю к вещ еству
и антивещ еству абсолю тно и склю чен о образовани е крупном асш табной структуры ее
и тем сам ы м сущ ествовани е н ас, уваж аем ы й читатель.
П оэтом у С Р -несохранени е, наблю даем ое на сам ом глубоком ф ундам ен тальн ом
уровне слабы х взаи м одействий , и м еет очен ь важ н ое и сущ ественное зн ачени е для
косм ологи и н аш ей В селенн ой : С Р -н есохран ени е дает нам ответ на вопрос о том ,
почем у и каким образом наш а В селенная стала асим м етри чн ой по отнош ен и ю к
вещ еству и ан ти вещ еству.
СР-н есохранени е бы ло окон чательно эксп ери м ен тальн о п одтверж ден о двум я
ам ерикан ским и ф изикам и в Б рукхейвене Д ж ей м сом К ронином и Б елой Ф итчем в
1964 г. (Н обелевская п рем и я и м бы ла вручена только через 16 лет, в 1980 г.).
Н е случай н о то, что над п роблем ой значи м ости СР-н есохранен и я д ля
косм ологи и м олодой В селен н ой в 60 -е гг. глубоко и серьезно разм ы ш лял академ и к
А . Д . С ахаров: он такж е и н тересовался вопросом об асим м етри и В селен н ой п о
отн ош ени ю к вещ еству
Я н ко С л ава (Б и бл и отека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Х ван М акси м П етро ви ч. Н еи стовая В сел ен н ая: О т Б о льш о го взры ва до ускор ен н ого
ра сш и рен и я , о т квар ков до суп ер стр ун . — М .: Л Е Н А Н Д , 2 0 0 6 . — 40 8 с.
137
137
и ан ти вещ еству в связи с наруш ен и ем ком би н и рован н ой четн ости — С Р — в слабы х
распадах нейтральны х каонов.
В 50-е гг. прош лого столети я бы ли обнаруж ены странн ы е частицы , которы е
рож дали сь п о каналу си льн ы х взаи м одей ствий очень бы стро, за 10
-24
с, а распадали сь
сли ш ком м едленн о, по каналу слабы х взаим одействий, за врем я 10
-10
с. В дальнейш ем
эта «странн ость» поведен и я стран н ы х части ц бы ла разреш ена на уровне кварковой
м одели в связи с откры ти ем странн ого s-кварка: s-кварк яви лся той частицей , которая
отвечала за «странн ость» поведени я странн ы х частиц .
О дн ако загадкой оставались «тау- и тета-части ц ы »: одн а и та ж е части ц а
распадалась п о-разном у на 2 пи он а и 3 пиона. П очем у одна и та ж е частиц а
электри чески н ей тральн ая и с одн ой и той ж е м ассой распадается н а 2 пиона и 3
пиона?
«Загадкой тау- и тета-части ц » стали и нтересоваться Л и и Я нг: он и п ри ш ли к
вы воду о том , что «тау и тета» (нейтральны й каон) — н е две сам остоятельны е
части ц ы , а два обличия одной и той ж е части ц ы — каон а.
Т огда каон, распадаю щ ий ся на 2 п и она, н азы вали короткож и вущ и м , а каон ,
распадаю щ и й ся н а 3 п и он а, н азвали долгож и вущ им , врем я его распада п ревы ш ало в
сотн и раз врем я распада короткож и вущ его каона.
П роблем у короткож ивущ и х и долгож и вущ их каонов стали активн о исследовать
Д . К рон и н и В . Ф итч в Б рукхей вене: п осле тщ ательн ы х и сследован и й эти х коротко -
ж и вущ их и долгож и вущ их каон ов в эксп ери м ен те они (К рони н и Ф итч) при ш ли к
неож и дан н ом у вы воду о том , что и долгож и вущ ие каон ы распадаю тся на 2 пи он а, а
не н а 3 п и он а. С ледовательно, каоны (короткож и вущ и е, расп адаю щ и еся на 2 п и он а, и
долгож ивущ и е, распадаю щ иеся н а 2 п и она и н а 3 п иона) являю тся двум я обличи ям и
одной и той ж е частиц ы : он и не являю тся двум я сам остоятельны м и части ц ам и, а
двум я обли чи ям и одной и той ж е частицы . Т ак бы ло эксперим ентально обосновано
Д . К ронином и В . Ф итчем С Р -несохран ени е, за что он и бы ли удостоены Н обелевской
прем и и через 16 лет после и х откры ти я в 1964 г.
П ар адок с си м м етр и и и аси м м етр и и
И так, м ы в этой части наш ей работы рассм отрели ф и лософ ское значени е трех
теорети чески х обобщ ени й — электрослабой теори и , К Х Д и Б ольш ого объеди н ени я,
осн овополагаю щ им и п ри н ципам и построен и я структуры которы х бы ли:
1) локальная калибровочная сим м етри я;
2) сп он танн ое наруш ен и е сим м етрии и действие м ехан и зм а Х иггса;
3) кон станты связи, определяю щ и е силу взаи м одей стви й , генери руем ую зарядом .
Э ти теоретические обобщ ени я ф изики частиц п о сущ еству в ф илософ ском
виден и и есть дорога с двухсторон н и м дви ж ени ем .
1. П остроен и е и х есть движ ен и е от настоящ его к далеком у п рош лом у сам ой ранн ей
эпохи Б ольш ого взры ва и рож ден и я наш ей В селен н ой : все эти кали бровочны е
теори и (электрослабая, К Х Д и Б ол ьш ое объеди н ени е) — теорети ческая
реконструкц и я генезиса и и стории рож ден и я и становления м ира м икрочасти ц
после Б ольш ого взры ва и инф ляционной стадии м олодой В селен н ой . Э та
теорети ческая реконструкц и я ген езиса и и стори и м икрокосм оса п редставляет
собой дви ж ени е теорети ческой м ы сли от м ен ее вы сокой сим м етри и к более
вы сокой си м м етри и п ри более вы сокой эн ерги и .
Я н ко С л ава (Б и бл и отека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Х ван М акси м П етро ви ч. Н еи стовая В сел ен н ая: О т Б о льш о го взры ва до ускор ен н ого
ра сш и рен и я , о т квар ков до суп ер стр ун . — М .: Л Е Н А Н Д , 2 0 0 6 . — 40 8 с.
138
138
2. О братное движ ени е теорети ческой м ы сли п о рекон струкции становлен и я
м и крокосм оса осущ ествляется через сп онтанн ое наруш ение си м м етри и и дей стви е
м ехани зм а Х иггса, которы е являю тся п ри н ц и п ам и кон крети заци и м ногообразия и
разн ообразия части ц м и кром ира: это обратн ое дви ж ен и е теорети ческой м ы сли
представляет собой переход от более вы сокой си м м етри и п ри вы соки х эн ерги ях к
все м ен ее и м енее вы сокой си м м етри и п ри низки х энерги ях.
3. Д ви ж ен и е теорети ческой м ы сли ко все более вы сокой си м м етри и при вы соких
энерги ях и обратн ое движ ен и е к ни зкой си м м етри и при н и зких энерги ях связан ы с
изм ен ени ем констант связи:
1) вы сокая си м м етри я при вы соких эн ерги ях связан а со сли яни ем кон стант связи;
2) м енее вы сокая си м м етрия при ни зких эн ерги ях связан а с разделен и ем констан т
связи;
3) кон станты связи, определяю щ и е силу взаи м одей стви я м еж ду части ц ам и, не
являю тся н еизм енн ы м и : они и зм енчи вы .
П оэтом у сим м етри я, а такж е спон танн ое н аруш ен и е сим м етри и , являю тся
осн овн ы м и руководящ и м и при н ц и п ам и теоретического м ы ш лени я п ри построен и и
обобщ аю щ их теоретических м оделей в ф и зи ке части ц : он и являю тся
структурообразую щ и м и и систем ообразую щ и м и принципам и теоретического
м ы ш лени я.
П рирода си м м етри чн а при всем своем м н огообразии и разнообрази и ,
м н огокрасочности и м н огоц ветн ости : си м м етри я — закон бы ти я природы .
С и м м етри я как един ство п ротивополож ностей не есть нечто стати чн ое. О н а есть
ж и вое единство конкретн ы х противоп олож ностей. Р азруш ителем этого «ж и вого»
еди н ства конкретн ы х п роти вополож ностей является сп он тан н ое наруш ен и е
си м м етри и , ф ун кц и я которого заклю чается в воссоздан и и н овой , более низкой или
более вы сокой сим м етри и : сп онтанн ое н аруш ен и е сим м етри и — это н е п росто
разруш и тель, но и одноврем ен н о сози датель вм есте с м ехани зм ом Х и ггса.
П оэтом у п рирода и сим м етри чн а, и спон танн о ее сим м етри я н аруш ается: в этом
суть развити я бы ти я природы .
П рирода не только сим м етри чн а и спон танно ее сим м етри я наруш ается: он а
асим м етри чн а. Е сли сим м етрия — еди н ство противоп олож н остей (н апри м ер, пара
«части ц а — античасти ц а» и ли н еразличи м ость левого и правого и т. д.), то
асим м етри я — лиш енн ость этого тож дества проти воп олож ностей (напри м ер,
асим м етри я В селен н ой п о отн ош ени ю к вещ еству и антивещ еству, кварковая
асим м етрия, лептон н ая асим м етри я, барионная асим м етри я и т. д.).
В ф и лософ ском ракурсе значи м ость (позн авательная и м етодологическая) и
цен н ость (м и ровоззренческая) категории асим м етрии не м ен ьш е, чем категори и
си м м етри и или сп он танн ого н аруш ен и я сим м етрии (С Н С ): си стем а категорий
си м м етри и , С Н С и асим м етри и в ее внутрен н ей логике — н езам ен и м ая ц енн ость для
познани я н е только явлени й м икрокосм оса, н о и м акрокосм оса. Б ез три ады категори й
си м м етри и , С Н С и асим м етри и н евозм ож н о н е только п остроени е теорети чески х
м оделей о м икрокосм осе, но и м акрокосм осе, т. е. В селенн ой : эта ф ундам ентальная
три ада сим м етри и , С Н С и асим м етри и значим а и для познани я глубинны х тайн
м и кром и ра части ц , и для теорети ческой рекон струкции генезиса и истори и рож дения
и эволю ц и и В селенн ой .
Э та ф и лософ ская (не только, но и научн ая — м и кроф и зическая и
м акрокосм ологическая) три ада служ и т в наш и х руках м ощ н ы м м етодологическим
«светильни ком »
Я н ко С л ава (Б и бл и отека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Х ван М акси м П етро ви ч. Н еи стовая В сел ен н ая: О т Б о льш о го взры ва до ускор ен н ого
ра сш и рен и я , о т квар ков до суп ер стр ун . — М .: Л Е Н А Н Д , 2 0 0 6 . — 40 8 с.
139
139
для п остиж ен и я тайн м и крокосм оса и м акрокосм оса (косм ос м ы п он и м аем как
упорядочен н ую В селенн ую , по м н ени ю Г есиода, возн и каю щ ую из хаоса).
А в наш ем п он и м ан и и косм ос (м икро- и м акро-) возни кает и з си н гулярности
благодаря Б ольш ом у взры ву и и н ф ляци и : косм ос как таковой есть нечто еди н ое целое, н е
раздели м ое реальн о и объекти вн о н а м и кро- и м акро-. М и кро- и м акрокосм ос — это
еди н ая нераздели м ая ц елостн остная В селенн ая: В селенн ая — одн а охваты ваю щ ая в
нераздели м ом и н ерасщ еп и м ом един ом ц елом м икрокосм ос и м акрокосм ос.
М и крокосм ос и м акрокосм ос — взаи м оп роникаю щ и е и взаим ооп ределяю щ и е
ф и зи чески е, косм и чески е и косм ологически е структуры : образован и е круп н ом асш табной
структуры В селенн ой (галакти ки, звезды , скоплен и я галакти к, сверхскоп лен и я и т. д.)
нем ы сли м о без облаков газа, состоящ его и з хи м и чески х элем ен тов (водород и гели й ),
м олекул и атом ов, протонов и нейтрон ов, электрон ов и нейтрино и т. д. Б езусловно,
определяю щ ей силой этого образован и я является гравитационная си ла, н о в н едрах звезд
участвую т все нам и звестны е си лы взаи м одей стви й — С В , Э М В , С Л В . Т ерм оядерны й
си н тез, п роисходящ и й в недрах звезд, нем ы сли м н е то лько без си лы грави тации, н о и без
си л С В , С Л В и Э М В : особенно исклю чи тельн а роль сильного взаи м одействия и слабого
взаи м одействия:
К рупном асш табная структура В селенн ой образуется во врем ени через 3 — 4
м и ллиарда лет после Б ольш ого взры ва. О дн ако ф и зи чески е предпосы лки для
образован и я этой косм ической и косм ологической структуры В селен н ой
ф орм и ровали сь и кон ституи ровали сь с м ом ента Б ольш ого взры ва и инф ляц и и :
1) ф ундам ен тальн ы е частицы — кварки и ан тикварки, леп тон ы и ан ти леп тон ы и их
си лы взаим одействий — С В , Э М В и С Л В ;
2) адрон ы и их си лы взаим одей ствий — С В , Э М В и С Л В ;
3) образован и е ядер, п реж де всего легких — водорода и гелия, соответственн о
составляю щ и х во В селенн ой 75 % и 25 % ;
4) реком бинац и я как образование атом ов, преж де всего водорода и гели я;
5) м олекулы из атом ов и образован и е хи м ически х элем ентов.
В ц елом м ож но этот пери од, дливш ийся почти больш е м и ллиарда лет, рассм атри вать
как период п ревращ ен и я п лазм ы в газ, которы й п од дей ствием си лы гравитации образует
косм ически е и косм ологические структуры .
М ы вы ш е рассм отрели проблем у Б ольш ого объеди н ени я как теории син теза трех
взаи м одействий — С В , Э М В и С Л В . Б ольш ое объедин ени е предсказы вает, как и п очем у
наш а В селенная асим м етри чн а по отнош ени ю к вещ еству и анти вещ еству. Э то стало
возм ож ны м благодаря наруш ен и ю ф ундам ентальн ой си м м етри и м еж ду
ф ун дам ен тальн ы м и ф ерм и он ам и и антиф ерм ион ам и — кваркам и и ан тикваркам и , а
такж е леп тон ам и и ан ти лептон ам и — в результате тотальной вселенской ан н и ги ляции.
Т аки м образом , ф ундам ентальн ая си м м етри я м еж ду ф ун дам ен тальн ы м и ф ерм ионам и и
ан ти ф ерм ионам и бы ла сам оуни чтож ена в огнен н ом горниле тотальной вселенской
ан н и ги ляции : образовались из «избы точн ы х» кварков и леп тон ов три асим м етри и —
кварковая, лептон н ая и бари он н ая. Э та асим м етри я стала осн овн ы м м атери алом для
ф орм и ровани я аси м м етри и В селен н ой по отн ош ен и ю к вещ еству и ан тивещ еству в
целом : наш а В селенн ая вещ ественн ая без анти вещ ества, однако м акроскопи ческая
Я н ко С л ава (Б и бл и отека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru
Х ван М акси м П етро ви ч. Н еи стовая В сел ен н ая: О т Б о льш о го взры ва до ускор ен н ого
ра сш и рен и я , о т квар ков до суп ер стр ун . — М .: Л Е Н А Н Д , 2 0 0 6 . — 40 8 с.
140
140
В селенная асим м етричн а не только по отнош ению к вещ еству и анти вещ еству: он а в
целом и в ф ундам ен тальн ы х п арам етрах (стр ела врем ен и , возрастание эн троп и и ,
расш ирен и е В селен н ой , п роцессы распада в слабы х взаи м одействи ях, апри чи н н ость,
зап азды вани е и злучени я и т. д.) асим м етри чн а. Э то п о сущ еству та п роблем а, н ад
которой разм ы ш лял ещ е Л . Б ольцм ан, которы й счи тал, что м акроско п и чески й м и р
асим м етри чен, тогда как м икроскопи чески й м ир, состоящ ий и з атом ов, сим м етри чен
в ц елом . И н ы м и словам и , Л . Б ольцм ан видел и чувствовал парадоксальн ость
(антин ом и чн ость, ам бивален тн ость) двух м и ров — м акроскоп и ческого и
м и кроскопического (Л . Б ольцм ан п од м икроскопическим м и ром п он и м ал ли ш ь
уровень атом ов, и з которы х состоят м олекулы : он н е знал и н е м ог знать о
внутрен н ем строен и и и структуре атом а).
Т ем н е м ен ее даж е больш ая ош ибка вели ких лю дей, п о словам Н . Б ора,
содерж ит долю великой исти н ы . Д ля н ас в дан н ом случае не и м еет значени я, как Л .
Б ольцм ан разреш ил этот вели кий п арадокс м еж ду двум я м и рам и —
м акроскоп и чески м и м и кроскопическим . В аж но другое: он п остави л ф акти чески
впервы е п роблем у асим м етри и м акроскопи ческой В селен н ой и си м м етри и
м и кроскопической В селенн ой .
П о сущ еству п арадокс асим м етри и В селенн ой в крупн ом асш табн ой ее структуре
и сим м етри и м и кром ира частиц оставался неразреш ен н ы м и незы блем ы м : В селен н ая
бы ла расколота и расщ еплен а н а аси м м етри ю и си м м етри ю .
Э та идея расколотости еди н ой и целостной В селенн ой как суперси стем ы н а
асим м етри ческую м акроструктуру и си м м етри ческую м икроструктуру служ ила
госп одствую щ им м и ровиден и ем в сознан и и больш ин ства н е только ф илософ ов, н о и
ф и зи ков до середины 50-х гг. п рош лого века, т. е. до 1957 г., когда вп ервы е в
м и кром и ре дало осн овательную трещ и н у несохран ени е зеркальной си м м етри и .
М н огие учен ы е ф и зи ки, уж е н е говоря, о ф и лософ ах, счи тали , что м и р
м и крочасти ц абсолю тн о си м м етри чен: в нем незы блем о и н еруш им о господствую т
си м м етри и п ространственн ой Р -четности, зарядового соп ряж ени я м еж ду частицам и и
ан ти части ц ам и С и обращ ен и е врем ен и как святая святы х Т.
П ространственная четн ость Ρ как закон абсолю тного п ари тета леви зн ы и
прави зн ы в м и кром ире счи талась неруш им ой до середин ы 50 -х гг. прош лого века.
Н еразли чим ость п равого и левого счи талась неруш им ы м прин ц и п ом природы ,
поэтом у заслуга двух вы даю щ ихся ки тай ски х ф и зи ков Л и и Я н га, работавш и х с 1946
г. в С Ш А , в П ри н стон ском ин ституте вы сш их исследован и й , в котором в то врем я
работал А . Э йнш тейн , состои т в том , что он и разруш или «н еразруш им ую » четность
— Ρ — в слабы х взаи м одействи ях и тем сам ы м он и полож или н ачало круш ен и я
незы блем ы х п ри н ц и п ов сим м етри и в м икром и ре. Д о этого в течени е более три дц ати
лет, с 1925 г., с м ом ента ф орм ули рован и я Э . В и гн ером си м м етрии Р -четн ости, до
1957 г., счи тали , что м ир м и крочастиц является н епри ступ н ой креп остью для
асим м етри и : он являлся н есокруш и м ы м басти он ом сим м етри и . (Э тим двум м олоды м
ки тайски м учены м Л и и Я н гу читали лекц и и вели кие ф и зи ки Х Х в. Э . Ф ерм и и С .
Ч ан драсекар, которы й п осле вручен и я Н обелевской п рем ии Л и и Я нгу сказал: все
м ои п ервоклаш ки стали Н обелевски м и лауреатам и. А сам ом у С . Ч ан драсекару
вручение Н обелевской п рем ии п рои зош ло только через 50 лет п осле его зн ам ен и той
работы в начале 30-х годов Х Х в., в которой он сф орм улировал так назы ваем ы й
«предел Ч андрасекара».)
П оэтом у соверш ен но н е случай н о, что в своей известн ой статье «С ингулярн ости
и асим м етрия по врем ен и » известн ы й ф изик-косм олог Р. П енроуз снова п одн и м ает
ту проблем у, н ад которой так разм ы ш лял и би лся вели ки й Л . Б ольцм ан.