Книга Простая сложная Вселенная - Кристоф Гальфар

Она действительно подтвердила, что физики с самого начала были на правильном пути.

Средства массовой информации называют эту обнаруженную частицу бозоном Хиггса (хотя может быть много ее различных видов), а породившее ее поле известно как поле Хиггса или поле Хиггса – Энглера – Браута. Британский физик-теоретик Питер Хиггс и бельгийский физик-теоретик Франсуа Энглер совместно получили в 2013 году Нобелевскую премию за свое открытие (которое предсказали более сорока лет назад вместе с Браутом, к сожалению, скончавшимся в 2011 году[48]). Иными словами, они обнаружили, как 13,8 миллиарда лет назад, когда наша Вселенная остыла, возникла некоторая часть массы. Весьма впечатляющее достижение для них и всего человечества.

Несмотря на то что открытие вызвало сенсацию, необходимо еще раз подчеркнуть, что поле Хиггса не отвечает за массу всего, из чего все мы состоим. Только за некоторую долю. Большая часть массы нейтронов и протонов происходит, как уже говорилось выше, от силы, удерживающей кварки внутри своих границ, от варящегося там кварко-глюонного супа. Если бы поле Хиггса внезапно выключилось, то кварки стали бы безмассовыми, и мы бы умерли. Но масса протона и нейтрона едва ли изменилась бы.

Теперь, когда роль поля сильного взаимодействия в обладании нашим существом массы доказана; когда вы знаете, откуда взялась вся масса всей известной материи, вспомните все те частицы, которые вы видели вылетающими из вакуума ранее в этой главе. Вы видели их… но не должны были. Природа не позволяет частицам появляться самим по себе, не заплатив цену.

Эта цена, как вы сейчас увидите, – существование нового типа материи под названием антиматерия.

Глава 3

Антиматерия

На протяжении практически всей истории Земли ее поверхность была практически неизвестна человеческим существам. Сегодня мы легко можем получить доступ к спутниковым изображениям всей планеты, но, как сейчас, так и несколько веков назад, когда лишь несколько клочков земли в Европе, Америке и Азии были нанесены на карту живущими там людьми, исчерпывающая картина мира отсутствовала. Поэтому бесстрашным исследователям многих цивилизаций приходилось покидать безопасные берега и плыть сквозь шторма и бури, чтобы выяснить, что (если оно вообще существует) лежит за пределами их родины. Один за другим они открывали отдаленные участки суши, на которую никогда не ступала нога человека. Они также обнаруживали другие цивилизации. Небольшие территории, со всех сторон окруженные водой, назвали островами. Крупные – континентами. Каждое открытие расширяло царство человека, и в то же самое время, продвигаясь все дальше, наши предки поняли очень простой факт: мы все живем на поверхности невероятно богатого, но довольно маленького шарика, летящего сквозь просторы огромной Вселенной.

Миновали десятилетия.

Пройдя сквозь смесь насилия, жадности и любопытства, Земля стала лучше известна; неизвестность постепенно переключилась с того, что находится где-то за горизонтом, на все над нашими головами. Космос стал новой тайной, задумываться над которой все желающие могли, просто задрав голову вверх. Но расстояния в нем потрясают воображение. Пока писалась данная книга, антропогенные спутники были посланы на несколько сотен миллионов километров от Земли, чтобы попытаться выяснить происхождение воды и, возможно, строительных блоков самой жизни на нашей планете. Людей перестали отправлять в рискованные приключения. Этим за нас занимаются роботы. Но так как ажиотаж по поводу межпланетных путешествий снова в тренде, возможно ли в начале двадцать первого века оставаться на Земле и все еще быть первооткрывателем?

МЫ ВСЕ ЖИВЕМ НА ПОВЕРХНОСТИ НЕВЕРОЯТНО БОГАТОГО, НО ДОВОЛЬНО МАЛЕНЬКОГО ШАРИКА, ЛЕТЯЩЕГО СКВОЗЬ ПРОСТОРЫ ОГРОМНОЙ ВСЕЛЕННОЙ.

Конечно.

Можно стремиться спуститься на дно океана, среды, настолько враждебно относящейся к нашим технологиям (не говоря уже о наших телах), что гораздо меньше людей сделало шаги там внизу, чем ступило на Луну.

Или можно иметь в целом другой подход и заниматься наукой.

Хотя наука не может быть столь же гламурна, как парусные каравеллы или пилотируемый космический корабль, но она может унести вас в любое место. Со дна моря на край нашей видимой Вселенной. И за ее пределы. Как вы уже, наверное, заметили, читая эту книгу, разум может забрать вас в места, недоступные телу, и в места, где никто никогда не бывал прежде. Если глубоко погрузиться в природу пространства и времени или квантового поведения частиц и света, не окажется двух читателей книги, совершающих точно такое же путешествие, – никто не вообразит одинаковые вещи. Занимаясь созданием галактик и виртуальных частиц света в вашем уме, вы вошли в мир теоретических исследований, мир без ограничений.

Никто никогда заранее не знает, в каком направлении может быть найден неоткрытый остров или континент. И многим исследователям пришлось потерпеть неудачу для того, чтобы проложить путь великому открытию. Бесспорно, удачи бывают, но они не гарантированы. Учитывая последние открытия, шансы на нее, однако, есть. То же самое верно и для науки, и открытие антиматерии следует этому древнему пути пионеров. Гений одного человека помог всем остальным увидеть следующий удивительный факт: составляющая нас материя; материя, образующая планеты, звезды и галактики, – всего лишь половина материи, – и он не понял это по чистой случайности. Он опирался на то, что было сделано до него. Очевидно, что на работу Эйнштейна о том, как движутся вещи, если они делают это очень быстро, и на любопытные способы поведения квантовых частиц. Этим человеком был Поль Дирак. Он создал квантовую теорию поля и, следовательно, открыл антиматерию. Дирак был британским ученым, в 1932–1969 годах являлся Лукасовским профессором математики Кембриджского университета, занимая одну из самых престижных научных должностей мира. Она принадлежала Исааку Ньютону в 1669–1702 годах, как и Стивену Хокингу в 1979–2009 годах.

Так что такое антиматерия?

Вы уже знаете, что означает E = mc2: масса может быть преобразована в энергию, а энергия – в массу. С довольно высокой скоростью обмена. И, как вы только что видели в предыдущей главе, данная энергия может заимствоваться на короткий промежуток времени из вакуума, из полей, для создания частиц.

Теперь вернемся к мини-копии.

* * *

Вы все еще в пустой Вселенной, окруженной вакуумом, а именно вакуумом электромагнитного поля.

Прямо перед вами из него вылетает электрон.

Почему? Потому что он может. Вот так вы видите появление электрона. Бац! Именно так.

Минуту назад не было ничего кроме вакуума. Теперь там есть электрон, и электрон имеет массу. Сам факт его появления означает, что некоторое количество бездействующей энергии было преобразовано в массу. Уравнение E = mc2 в действии. Легко для понимания.