2. ВЕЩЕСТВА-АНТИПОДЫ
ПЛЮС- МИНУС
Две крупнейшие победы одержала теоретическая физика в первой четверти нашего века. Вы уже знаете, что первая из них — создание теории относительности, раскрывшей своеобразные закономерности быстрых движений, а вторая—разработка квантовой механики, учения о таинствах микрочастиц и микропроцессов.
Некоторое время новые разделы физического знания существовали разобщенно, независимо друг от друга. Но сама жизнь требовала их объединения. Это было необходимо хотя бы потому, что мельчайшие частицы часто движутся с колоссальными скоростями и обмениваются большими порциями энергии. Стало быть, законы Эйнштейна играют в их жизни немалую роль. Развитие физики микромира неизбежно вело к слиянию квантовой механики с теорией относительности.
В конце 20-х годов за эту нелегкую задачу взялся молодой английский теоретик Поль Дирак. И он добился успеха: сумел сформулировать уравнение, связавшее квантовомеханические и релятивистские — налагаемые теорией относительности — условия движения частиц. Так было положено начало новейшей области физического знания — релятивистской квантовой теории.
Уравнение Дирака—коротенькая строчка мудреных математических символов — таило в себе замечательные откровения. И как надежный конь вывозит к жилью заблудившегося в лесу путника, так цепь математических выкладок привела Дирака к неожиданным выводам о физической картине нашего мира. Чтобы хотя бы упрощенно уяснить логику этих выводов, придется начать издалека, не избежав нескольких простеньких формул.
Все рассуждения, которые нам предстоит провести, покоятся на необычном математическом соотношении, которое теория относительности выводит для энергии — самой важной характеристики движения частиц.
Мы приводили уже последнюю формулу в главе «Свет и мир», рассказывая о гигантских запасах энергии, скрытой в веществе.
Но мы тогда не отметили важной особенности эйнштейновского соотношения — того, что энергия в нем выражена не существенно положительной величиной, как в классической механике, а, как ни странно, квадратным корнем. И это совсем не мелочь.
Вы, несомненно, помните из школьных уроков алгебры, что любой квадратный корень имеет перед собой два знака: плюс и минус (так, как и два положительных и два отрицательных сомножителя дают положительное произведение).
Первый знак перед корнем — плюс — понятен. Всякое тело — будь то электрон, или атом, или планета, или звезда — обладает энергией, большей нуля. Это логично и естественно, это мы знаем из собственного опыта, из повседневной практики.
А второй знак— минус? Откуда он взялся?
Тут положение сложное.
ЗАПРЕЩЕННЫЙ ПЕРЕХОД
Отрицательная энергия для физических тел, казалось бы, невозможна. Наделенная ею частица вела бы себя крайне нелепо: она обладала бы отрицательной массой. Ведь квадрат скорости—всегда положительная величина.
Эта необыкновенная частица с отрицательной массой являла бы собой немыслимый рекорд упрямства. После толчка вперед она двигалась бы... назад! Знаменитый ньютоновский закон о пропорциональности силы и ускорения приобрел бы для нее обратный смысл.
Выстрел из лука стрелой, наделенной отрицательной энергией, был бы равносилен самоубийству: стрела вонзилась бы в стрелка.
Впрочем, реальность тел с отрицательной энергией вызывает сомнение не только потому, что трудно постичь парадоксы их поведения. Недоумение усугубляется здесь еще более важными соображениями.
Вот летит электрон. Замедлим его полет — энергия движения снизится. Остановим частицу — энергия движения исчезнет, но останется запас энергии, связанный с массой покоя. По Эйнштейну, этот запас, как вы помните, равен т о с 2 ,что для электрона составляет значительную величину — 508 тысяч электроновольт.
Можно ли дальше уменьшать энергию электрона? Можно, но очень незначительно. Поместив неподвижную частицу в сильное электрическое поле положительного заряда, мы заставим электрон отдать малую долю энергии на связь с полем. Масса электрона и запас в нем энергии станут чуть-чуть меньше. Но на этом наши возможности как будто исчерпываются. Ни классическая физика, ни теория относительности не позволяют довести энергию электрона до «настоящего» эйнштейновского нуля и тем более до значений еще меньших, чем нуль. Никаких способов перехода в парадоксальную область отрицательных энергий они не знают,
Значит ли это, что подобный переход вообще невозможен?
ЭНЕРГИЯ, КОТОРАЯ ״СКАЧЕТ“
Дирак твердо верил в правильность теории относительности. Он не допускал и тени недоверия к математическому аппарату, который привел к таким парадоксальным заключениям. Почему же тогда и :классика и та же теория относительности категорически запретили переход через нуль энергии? Почему они закрыли этот путь непроходимой стеной? Ведь из наложенного запрета следовало, что отрицательные энергии хоть и мыслимы теоретически, но на практике недостижимы.
И ученый доказал, что подобный вывод ошибочен: представление о непроходимости запретной зоны составилось без учета квантовомеханических особенностей микропроцессов.
Как вы помните, квантовая механика — мастерица преодолевать непреодолимое. И, войдя составной частью в теорию Дирака, она сделала возможным то, что без нее выглядело недопустимым.
Чтобы лучше пояснить это, привлечем на помощь несложный чертеж и — да простит нам терпеливый читатель! — поведем разговор в чуть-чуть более серьезном тоне.
В чем сущность «непреодолимости» этой «стены»? В том, что классическая и релятивистская теории требуют ее непрерывного прохождения. Вся стена должна быть преодолена точка за точкой насквозь, без всяких скачков, ибо специфика этих теорий приписывает природным процессам строгую непрерывность, нетерпимость к скачкообразным переменам состояния объектов. Именно поэтому классическая частица, пытающаяся проникнуть через запретную полосу к отрицательным энергиям, обязана сначала остановиться, а затем уменьшать свою энергию с помощью каких-то неправдоподобно могучих силовых полей. Но столь сильных полей в природе нет. Следовательно, у классических тел нет возможности непрерывно снижать свою энергию даже до нуля, не говоря уже о дальнейшем переходе в отрицательную область.
Иное дело в квантовой механике. На смену непрерывности она ставит прерывистость изменения состояния частиц. Через «непреодолимую» стену открывается возможность как бы перескочить «на ходу», без остановки, минуя запретные промежуточные состояния, где частица должна была бы находиться в поле несуществующих сверхъестественно огромных сил. Характер такого «перескока» чем-то напоминает квантовые «чудеса» «лыжников-кудесников», которые, как вы помните из главы «Право сиять», прекрасно «просачивались через горы».
Итак, в стене между положительными и отрицательными энергиями квантовая механика прорубила широкие ворота.
ЧТО ТАКОЕ ВАКУУМ
Читателю, вероятно, памятна важнейшая физическая причина, вызывающая к жизни природные процессы: стремление систем тел к устойчивости, к состояниям с наименьшей потенциальной энергией. В конечном итоге именно из-за этого возгораются звезды, светит Солнце, падает на Землю камень. Но если в классической физике нижний предел энергии представлялся нулем, то в теории Дирака он опустился в бездонную пропасть отрицательных величин. А раз так, то получалась нелепость: стремясь к устойчивости и опускаясь поэтому сколь угодно далеко вниз по энергетической диаграмме (через «люк», проделанный квантовой механикой), электрон обретал способность выделять бесконечно большое количество энергии, неведомо откуда взявшейся. Да и вообще при разрешенных отрицательных энергетических состояниях электрон не смог бы пребывать в состояниях с положительной энергией. Стремление к устойчивости заставило бы его, по квантовым законам, «упасть» вниз — в отрицательную область.
Но тогда встает законный вопрос: почему же электроны окружающего нас вещества не «проваливаются» в эти «тартарары» релятивистской квантовой теории? Ведь все мы, все, что нас окружает, построено из частиц, среди которых есть электроны только положительных энергий!
Дирак ответил на это недоумение весьма остроумным, но рекордно фантастическим предположением.
Мир устроен так, заявил ученый, что все отрицательные энергетические уровни уже заполнены электронами.
Все пространство Вселенной битком набито ими. Электронам положительных энергий попросту некуда «провалиться». Они представляют собой как бы «непровалившийся остаток», которому «не хватило места».
Трудно заставить себя согласиться с такой идеей. Никогда нигде не обнаруживались «провалившиеся» электроны, энергия которых меньше, чем нуль. А ведь их, по Дираку, неизмеримо больше, чем обычных электронов положительных энергий — земных, солнечных, звездных.
Где же эти странные частицы, которыми Вселенная должна быть буквально утрамбована? Почему они незаметны?
Дираку оставалось допустить, что электроны отрицательных энергий... ненаблюдаемы! Бесчисленное их количество ощущается нами, как пустота, как вакуум, как место, в котором ничего нет!
Подумайте только! Пустяковая, казалось бы, вещь: немудрящий квадратный корень, лишний знак перед математическим выражением энергии небывало усложнили, перевернули вверх дном ясные, привычные, веками устоявшиеся представления о том, что кажется проще всего на свете, — о пустоте!
УДАР В ПУСТОТУ
Как бы оригинальна и интересна ни была научная идея, никто из специалистов не отнесется к ней серьезно, если она не укажет путей собственной экспериментальной проверки, не предскажет открытия неведомых прежде фактов. Чем же Дирак предполагал обосновать свои смелые мысли?
Прежде всего он отметил, что ненаблюдаемый физический объект — не такая уж необыкновенная вещь.
Возьмите к примеру обычный атом. Ведь и там электроны не наблюдаются непосредственно (без вмешательства извне). Нет ни одного эксперимента, который прямо отметил бы движение их внутри электронных оболочек» не нарушая этого движения. Но мы твердо убеждены в существовании этих невидимых частиц, ибо свое присутствие они проявляют, например, при перескоках с одной орбиты на другую, при изменениях энергетического состояния. В этих случаях электроны атома создают электромагнитное излучение. Вообще без передачи и преобразований энергии немыслимы никакие процессы, опыты, наблюдения. А отсюда вывод: чтобы хотя бы косвенно обнаружить материальную структуру пустоты, надо попытаться каким-то способом изменить в ней энергетическое состояние ненаблюдаемых частиц.
Естественным логическим развитием этих соображений была идея проверки релятивистской квантовой механики путем «удара в пустоту».
Поскольку всюду вокруг нас и в нас самих — бесчисленное множество совершенно неощутимых электронов отрицательных энергий, то имеет смысл попробовать какой-либо из них так сильно обогатить энергией, чтобы он перескочил с ненаблюдаемого отрицательного энергетического уровня на обычный—положительный. Видимо, для этого ему придется сообщить энергию больше, чем полная ширина запретной зоны, то есть больше миллиона электроновольт. Только тогда он перепрыгнет запрещенные состояния «единым махом», как и разрешает квантовая механика. Если теория верна, то таким способом мы совершили бы потрясающий фокус — извлекли бы из вакуума материальную частицу!
Словом, теория Дирака дала вполне конкретное задание физикам-экспериментаторам: с огромной силой ударить по пустоте и... выбить из нее крупиночку вещества!
Неясно было только, чем ударять, каков должен быть этот необыкновенный «молоток», как заставить частицы отрицательных энергий воспринять на себя его удар.
Позднее эти вопросы нашли решение.
МОЛОТОК И НАКОВАЛЬНЯ
Обязанности «молотка», бьющего по пустоте, может выполнить достаточно энергичный фотон — «пуля» света, носитель всепроникающей электромагнитной энергии, А чтобы толчок был воспринят и фотон поглощен, пустоту следует предварительно «положить на наковальню», роль которой способно сыграть какое-нибудь атомное ядро.
Зачем нужна эта «наковальня»?
Молоток-фотон несется в равномерном «киселе» пустоты, заполненной неощутимыми частицами. И фотону не обо что опереться, стукнуться, чтобы передать им энергию. А атомное ядро, попавшееся на пути фотона, воспринимает на себя его импульс. Фотон стукается о поле ядра, словно молот о наковальню, и обретает способность обогатить своей энергией ненаблюдаемый электрон.
Если энергия фотона больше миллиона электроновольт, он, ударив по пустоте, способен так сильно толкнуть ненаблюдаемый электрон вакуума» что тот, совершив, по квантовым законам, «прыжок», превратится в обыкновенный наблюдаемый электрон нашего мира.
А что останется в вакууме?
Там останется освобожденное электроном состояние. Останется дырка! Дырка в пустоте!
ДЫРКА В НЕЗРИМОМ
Что такое, собственно говоря, дырка?
Отсутствие в чем-то этого самого чего-то.
Дырка в головке сыра — отсутствие сыра в сыре.
А дырка в пустоте? Видимо, это отсутствие в пустоте... пустоты! Дырка в пустоте означает нечто, не являющееся пустотой. Что же именно?
Освободившееся состояние в дираковском фоне электронов отрицательных энергий есть состояние с положительной энергией (отсутствие недостатка есть избыток). Значит, дырка, «просверленная» в вакууме, будет наблюдаема.
Отсутствие отрицательного заряда в ней проявится как наличие положительного заряда. Отсутствие отрицательной массы — как положительная масса.
Другими словами, дырка представит собой материальную частицу, во всем подобную обычному электрону нашего мира, но заряженную положительно.
Теперь мы можем полностью сформулировать предположение о последствиях удара сильным фотоном по вакууму вблизи атомного ядра: из вакуума должны вылететь сразу две материальные частицы — положительный и отрицательный электроны.
И опыт подтвердил это необычайное предвидение.
В 1932 году американский физик К. Андерсон исследовал космические лучи —частицы высоких энергий, которые мчатся к нам на Землю из глубин Вселенной. Работа велась по методу, предложенному известным советским ученым Д. В. Скобельцыным. Камера Вильсона (прибор, в котором протоны и электроны, пролетая, оставляли за собой тонкие следы тумана) была поставлена между полюсами сильного электромагнита. Под влиянием магнитного поля пути частиц в камере искривлялись в разные стороны, в зависимости от знака заряда. И по кривизне, толщине, длине этих туманных линий следопыты-физики могли всесторонне изучить пролетевшие частицы.
В один прекрасный день, просматривая очередную партию фотоснимков следов, Андерсон обратил внимание на необычную картину. Два следа, соответствующих по толщине электронным, выходили из одной точки и загибались в разные стороны. Получалось, что частицы несли на себе разные по знаку, но одинаковые по величине электрические заряды.
Вскоре репродукция странной фотографии попала на страницы научных журналов. За несколько недель она обошла весь мир, не на шутку взволновав физиков. И волнение было понятно. Проверив множество объяснений, ученые согласились на одном: снимок зафиксировал предсказанное теорией Дирака рождение пары частиц. Свет превратился в вещество. Фотон космических лучей выбил из пустоты пару частиц — обыкновенный отрицательный электрон и необыкновенный, предугаданный теорией электрон с положительным электрическим зарядом.
Эта новая частица получила имя позитрона. С ним мы встречались уже не раз — при обсуждении термоядерных реакций на естественном и искусственном солнце.
Дерзкая фантазия тончайшей физической теории праздновала торжество.
АНТИВЕЩЕСТВО
Рассуждения, которые мы вели лишь в применении к электронам (как это делал сам Дирак в начале своего творческого пути), справедливы также для других частиц— протонов, нейтронов, для всех «кирпичиков» атома. Различие заключается только в ширине запретной полосы на диаграмме энергий между: — т 0 с 2 и + т 0 с 2 , ибо массы: у разных частиц неодинаковы. Например, протон почти в 2000 раз тяжелее электрона. Поэтому для выбивания дырки в ненаблюдаемом фоне протонов отрицательных энергий потребовалась бы энергия по крайней мере в 2000 раз большая, чем при выбивании дырки в электронном фоне. Здесь уже требуется не миллион, а несколько миллиардов электроновольт.
Короче говоря, по воззрениям, вытекающим из представлений Дирака, пространство Вселенной есть целая совокупность вложенных друг в друга неощутимых океанов разных частиц отрицательных энергий. Космическую пустоту, если хотите, можно считать и одним сплошным океаном отрицательных энергетических состояний, из которого удается выбивать неодинаковые (но вполне определенные) частицы и дырки.
Здесь стоит отметить, что выбить из вакуума возможно не все известные физике элементарные частицы, а лишь те из них, что занимают в пустоте, так сказать, плацкартные места. Пребывая в том или ином состоянии, они больше никого не пускают на свою «полку». Потому-то состояние и остается пустым, как только «пассажир» покидает его. Физики называют такие частицы фермионами — по фамилии ученого, изучавшего их особенности (Ферми). Сам принцип плапкартности косит название принципа Паули (по имени физика, сформулировавшего его на научном языке).
Вместе с тем в природе существуют частицы, не подчиняющиеся принципу Паули. Это бозоны (от имени их исследователя Бозе). Они «пассажиры-бесплацкартники». В каждое состояние их вмещается сколько угодно. Понятно, что бозоны, к которым относятся фотоны, так называемые пи-мезоны и некоторые другие частицы, не способны к парному рождению. Но зато они могут служить великолепными «молотками» для ударов по вакууму.
В 1955 году американским физикам Сегре, Чемберлену, Виганду и Ипсилантису с помощью мощного ускорителя удалось обрушить на пустоту столь сильные удары, что из нее начали выпрыгивать протоны, сопровождаемые массивными дырками — антипротонами. «Молотками» служили пи-мезоны, которые возникали при резком торможении протонов, разогнанных до энергии в миллиарды электроновольт.
Вслед за тем на том же ускорителе были получены пары «нейтрон-антинейтрон».
Как видите, в настоящее время любой частице, составляющей атом, отвечает своя дырка в пустоте — своя античастица. Поэтому, вообще говоря, мыслимо представить себе атом, ядро которого построено из антипротонов и антинейтронов, а электронная оболочка — из позитронов. Это антиатом. А если вместе собраны неисчислимые мириады таких антиатомов? Они образуют вещество, составленное из дырок, — то, что принято называть антивеществом.
ВРАЖДА НЕПРИМИРИМАЯ
Атомы и антиатомы имеют вполне тождественное строение. Свет, рентгеновские лучи, радиоволны они излучают и поглощают совершенно одинаково. По этой причине издалека, через пустое пространство, мы никакими способами не сумели бы отличить вещества от антивеществ. Те и другие строго равноправны. И равноправие это вытекает из самых основ теории, из равноправия плюса и минуса перед квадратным корнем в релятивистском выражении энергии.
В результате принципиально невозможно доказать, что мы с вами состоим из атомов, а не из антиатомов. Сказать, что частицы нашей природы не являются дырками в пустоте, нельзя, как нельзя утверждать, что, например, у мыши хвост находится слева от туловища. Дело лишь в точке зрения, в условии рассуждений, Ведь сами понятия дырок и частиц относительны.
Позитрон, к примеру, можно считать частицей, а электрон — дыркой в ненаблюдаемом фоне позитронов. И никакими опытами невозможно определить, из чего «состоит» пустота — из электронов или из позитронов. Мы согласились называть себя состоящими из вещества и считать пустоту океаном протонов, нейтронов, электронов— вещественных частиц, энергия которых меньше, чем нуль. Согласились, только и всего. Дальнейшие домыслы были бы попросту незаконны. Не мудрено поэтому, что равноправие вещества и антивещества проявляется буквально в каждом свойстве.
И вот, несмотря на это абсолютное «юридическое» равенство, оба эти вида весомой материи — непримиримые враги. Они не терпят присутствия друг друга, как порох не выносит факела. Что это значит?
Представьте себе, что из антивещества построена какая-то далекая планета, и космический корабль, стартовавший с Земли, мчит к ней на всех парах. Вот он приблизился к цели, сейчас прикоснется к чужой почве... Что произойдет при таком прикосновении? Гигантский, невообразимо мощный взрыв — более сильный, чем взрыв тысяч водородных бомб. Дотронувшись до роковой планеты, космический корабль мгновенно исчезнет, целиком превратится в излучение.
В чем причины катастрофы?
Каждый протон, каждый нейтрон, каждый электрон, из которых состоят атомы корабля, при соприкосновении с антипротонами, антинейтронами и позитронами планеты сделают то же, что бильярдные шары, подкатившиеся к лузам. Частицы провалятся в античастицы — эти дырки в пустоте. Весь корабль низвергнется в незримую пучину небытия, в вакуум, увлекая с собой равное по массе количество материала чужой планеты и вызван неимоверную световую вспышку.
На языке науки этот процесс носит название аннигиляции. Вещество и антивещество взаимно поглощают друг друга, освобождая дотоле скрытую в них энергию. Причем выделение ее происходит в точном соответствии с эйнштейновской формулой Е = тс 2 .
В лабораторных условиях микроскопические копии подобных катастроф наблюдались и воспроизводились многократно. Физики каждый день видят, как превращаются в свет позитрон и столкнувшийся с ним электрон. Неизбежно аннигилируют, преобразуясь в невидимый свет, антипротоны с протонами, антинейтроны с нейтронами. Словом, предсказания Дирака получили в наши дни полное подтверждение.
ФИЗИЧЕСКИЙ ОСТОВ ПРИРОДЫ
Бегло и вкратце мы проиллюстрировали кое-какие выводы из научных воззрений основоположника релятивистской квантовой теории. Конечно, многое осталось вне нашего поля зрения. Слишком уж трудно изложить эти вопросы достаточно популярно. Но, пожалуй, мы вправе задать вопрос: в какой мере описанные воззрения все-таки соответствуют истине, подлинной природе вещей? Нельзя ли как-нибудь иначе истолковать рождение и аннигиляцию пар? Ведь, честно говоря, чересчур парадоксальными выглядят все эти частицы отрицательной энергии, незримые океаны сплошной материи вместо вакуума.
Очень трудно спорить с Дираком.
Пока не нашлось ни одного факта, противоречащего его взглядам. Наоборот, в последние годы найдено еще одно веское подтверждение им. Тонкими и сложными опытами удалось доказать, что пустота подвержена действию электрического поля, изменяет свое состояние вблизи электрически заряженных тел. Вакуум способен электризоваться, что свидетельствует о его материальной структуре.
И тем не менее сегодня физики считают, что картина природы, нарисованная английским ученым, — не единственно возможная.
Сила дираковских представлений в том, что они предсказали новые факты. Но теперь, задним числом, эти факты удается истолковать и по-иному. Разработана, к примеру, теория, обходящаяся без отрицательных энергий. Но зато в ней появляется... отрицательное время. Электрон, движущийся «против времени», оказывается позитроном — словно на киноэкране, когда кинопленка со съемкой поведения электрона пущена наоборот— с конца к началу. Попробуйте-ка уяснить себе это! Приходит на ум пословица: «хрен редьки не слаще». Движение в отрицательном направлении времени не уступает по парадоксальности отрицательным энергиям. Между тем математический аппарат новой теории в ряде случаев удобнее, чем дираковский, и им охотно пользуются физики-теоретики.
Надо сказать, что в современной теоретической физике иной раз весьма трудно представить себе, какой именно конкретный процесс кроется за лесом математических абстракций. Модель явления построить порой нелегко, но для развития науки это совершенно необходимо. Недаром Эйнштейн частенько говаривал: «Ни один ученый не мыслит формулами». Вот почему развитие дираковской модели мира следует расценивать как крупнейший успех науки.
Разумеется, модель Дирака не претендует на исчерпывающее объяснение физического «остова» природы, а дает лишь общие, грубые очертания, оставляя нетронутыми бесчисленные детали.
Наконец, нельзя не отметить, что и в дираковской системе взглядов есть некоторые противоречия, сложные нерешенные проблемы. Быть может, освободит науку от них и какая-то иная более близкая к истине физическая картина мира.
Так или иначе, но задача истолкования сущности вакуума, за решение которой первым взялся Дирак, одна из основных в физике наших дней. И прав был этот ученый, иронически заметив на одной из своих лекций: «Если вы не можете правильно описать пустоту, как вы можете описать что-либо более сложное!»
Неисчерпаема природа. Диковинные законы управляют ее глубинными явлениями. Но наука уверенно зондирует ее тайны. Человеческий разум постигает то, что новичку кажется непостижимым. Давно прошли времена, когда физики уподобляли атомы крохотным бильярдным шарикам и считали пустоту пустой. Нет, с обыденными мерками и привычками не подойдешь к объяснению недр материи. Пытаться делать это — все равно, что чинить часы кувалдой. Тончайшие эксперименты, виртуознейшая логика теоретических выводов пришли на смену старым примитивным суждениям человека о мире.
И, как всегда, дальняя цель непрекращающегося похода за знание — выход в -практику, в технику, стремление людей к овладению неисчислимыми богатствами, которыми одарила их природа.
Антивещество и в этом направлении дает пищу для небезынтересных раздумий.
СЮРПРИЗЫ КОСМОСА
А ведь и в самом деле человек когда-нибудь помчится к звездам. Если сегодня летает вокруг Солнца искусственная планета, если завтра люди высадятся на Луне, а послезавтра на Марсе, то потом, глядишь, снарядится путешествие и куда-нибудь подальше. Так не грозит ли грядущим покорителям Космоса взрыв ракеты на вдруг встретившейся им «антипланете»?
Эта угроза маловероятна.
Едва ли в наблюдаемом нами огромном участке Вселенной найдется антивещество. Во всяком случае, никаких чудовищных взрывов, не объяснимых обычными термоядерными процессами, ни разу не было зарегистрировано. Видимо, наша Галактика и другие подобные звездные системы связаны единством эволюции, и все, что могло «провалиться в пустоту», уже когда-то провалилось, внеся свою лепту в баланс мировой энергии. Однако кое-кто из ученых считает, что наверняка отрицать существование антимиров в безграничных просторах Космоса было бы неправильно. Кто знает, говорят они, может быть, где-то за тридевять галактик, на неведомой антипланете обитают даже какие-нибудь «антилюди»! Пожав руку жителю Земли, такой античеловек вместе с гостем мгновенно превратился бы в свет. Неприятная перспектива! И кто знает, возможно, будущие космонавт ты, достигнув далекого мира и опасаясь, не антивещество ли перед ними, станут проверять это предположение, бросая на планету кусочки какого-нибудь земного материала. Нет взрывов—можно спокойно высаживаться.
Впрочем, сегодня подавляющая масса физиков отвергает существование антимиров.
НА ЗВЕЗДАХ К ЗВЕЗДАМ
Итак, антивещества — самого концентрированного из мыслимых источников энергии—видимо, нет даже в Космосе; во всяком случае, недалеко от Земли. Его невозможно добыть так, как мы добываем уголь, нефть, уран.
Ну, а если вырабатывать антивещество, построив для этой цели гигантские ускорители?
Сразу отметим, что подобное производство потребовало бы больше энергии (во всяком случае, не меньше), чем затем выделялось бы при аннигиляции. Ведь, по Дираку, нельзя создать только антивещество. Его возможно получить лишь вместе с равным количеством вещества. Значит, энергетическим источником искусственно приготовленное антивещество служить не может. Допустимо говорить лишь о применении его для концентрации энергии, для того, чтобы огромные энергетические запасы вмещать в микроскопические объемы.
Это было бы, конечно, весьма заманчиво: антивещество послужило бы самым емким аккумулятором энергии. Однако и об искусственном приготовлении антивещества нам дозволено лишь фантазировать.
Если использовать наиболее мощный в мире ускоритель— тот, что работает у нас в стране, в Объединенном институте ядерных исследований, — то и на нем создание только одного грамма антивещества заняло бы сто миллионов миллиардов лет! И в наши дни не видно никаких путей заметного сокращения этих долгих сроков.
Допустим все-таки, что наши правнуки научатся быстро и в большом количестве пробивать дырки в пустоте. Будет ли решена проблема? Нет. Встанет другая труднейшая задача — хранение антивещества. Оно ведь не терпит соприкосновения ни с чем земным. Ни на какую «полку» его не положишь, ни в какую бутылку не нальешь. Спасение от аннигиляции возможно лишь в идеальном, недостижимом сегодня разрежении.
Фантазерам рисуется абсолютно освобожденная от ничтожнейших признаков газа полость, где на прочном магнитном ложе покоится антиплазма.
Можно попробовать микроскопическими порциями вводить в такую полость разреженный газ. Он станет аннигилировать на антивеществе, создавая могучий поток фотонов. Правда, освобожденные фотоны мгновенно расплавят и испарят нашу установку. И, пожалуй, никакими способами не сохранишь ее целой.
Да, вся эта затея сегодня кажется сплошным вымыслом.
Мы не знаем, как остановить античастицы, с бешеными скоростями несущиеся в ускорителе, как вводить их в вакуумную полость. Дальнейшие рассуждения на эту тему были бы плодами совершенно голой, ни на чем не основанной фантазии.
И все же жалко оставлять надежду на полезную службу антивещества.
Не зная, как сотворить и удержать этот гипотетический вид весомой материи, все же люди пытаются придумывать проекты его использования. Ведь, в конце концов, трудности здесь хоть и огромные, но принципиально не непреодолимые. Не может быть, чтобы они не были побеждены, пусть даже тысячелетия спустя. И надо сказать, что в подобных проектах от писателей-фантастов не отстают даже профессиональные ученые.
Много шуму наделала, например, идея так называемой фотонной ракеты, которую предложил немецкий исследователь Зенгер. Она чрезвычайно проста. В фокус параболического зеркала, сделанного из материала неведомой ныне тугоплавкости, с одной стороны направляются античастицы, а с другой стороны — частицы. Вещество проваливается в дырки. Излучается громадный световой поток, который давит на зеркало и толкает всю ракету вперед. Расчеты показывают, что таким способом корабль можно разогнать до колоссальных скоростей, приближающихся к самой скорости света! Ракета покрывает гигантские расстояния, доставляет людей к звездам, возвращает космонавтов на Землю!
Хочется верить, что обуздание антивещества будет высшим успехом в вековой борьбе человека за энергию. Хочется верить, что вместе с искусственными солнцами— электростанциями, вместе с термоядерными кораблями и самолетами человек-творец когда-то будет владеть фотонными ракетами и такими «концентратами» энергии, которых мы сейчас даже представить себе не можем.
ЦАРИЦА МИРА
Как просто это началось...
Физик пристально вгляделся в окружающий мир, сопоставил обычные, повседневные события, описал их на языке математики. Мало-помалу он научился предсказывать новые явления, выдумывать и ставить опыты — сначала примитивные, потом все более сложные и тонкие.
Незаметно, по крохам накапливалось точное физическое знание, росло и значение его в практике.
Преодолевая предрассудки в собственном разуме, силясь постичь непривычное и парадоксальное, ученый упорно пробивался вперед и мечтал, фантазировал, пробовал, испытывал...
И вдруг произошел скачок, резкий перелом.
«Чистая» наука властно вошла в наш труд, в нашу индустрию, в наш быт.
Кратчайший исторический срок, каких-нибудь несколько десятилетий, понадобился людям для подготовки величайшего из промышленных переворотов — атомно-энергетического. Ныне эта техническая революция началась.
Скрытая от взора, запрятанная в сокровенные тайники недр вещества, энергия уже раскована усилиями научного знания. Она отдает себя в нашу власть не жалкими крупицами, как в недавнем прошлом, а могучей, всепобеждающей лавиной.
Сказочная солнечная сила спущена на Землю. Непокорный поток ее, употребленный поначалу во имя зла, во имя войны, теперь волею человека пробивает себе мирное русло.
Открывается дорога обузданию энергетических процессов, которые оказались не по плечу даже самой природе.
В начале нашего века один ученый назвал энергию громким именем царицы мира. Но монархия терпит крах. Сегодня человек отнимает корону у беспредельной властительницы Вселенной, идет к полному покорению ее величества. Радостные победы ждут нас на этом трудном и далеком пути — пути в будущее.
Анфилов Глеб Борисович
ИСКУССТВЕННОЕ СОЛНЦЕ
Ответственный редактор В. С . Мальт.
Художественный редактор М. Д. Суховцееа.
Технический редактор С. К. Пушкова.
Корректоры В. Л. Данилова и 3. С. Ульянова.
* * *
Сдано в набор 3/Х 1958 г. Подписано к печати 24/П 1959 г. Формат 84Х108 1 / 32 — 15 печ. л. = 12,32 уел. печ. л. (11,41 уч.-изд. л.). Тираж 100 000 экз. А02030. Цена 4 р. 45 к. Детгиз. Москва, М. Черкасский пер., 1.
* * * * *
Фабрика детской книги Детгиза. Москва, Сущевский вал, 49. Заказ № 1059.
