Существует ли зеркальная Вселенная?
Может ли существовать зеркальная версия нашего мира, где все идет вспять — и у каждого есть своеобразный антипод? Как сильно нужно согнуть законы физики в узел, чтобы это произошло? Одной из самых больших загадок в космологии является то, почему Вселенная по большей части материальна, а не антиматериальна.
Во время Большого Взрыва образовалось почти равное количество материи и антиматерии, а затем они аннигилировали. Почти равное. Потому мы и наблюдаем Вселенную из материи.
Но могут ли где-то быть звезды из антивещества? С планетами из антивещества на орбите. Может ли где-то существовать зеркальная Вселенная, которая функционирует подобно нашей обычной Вселенной, но в которой все состоит из антиматерии? Существует ли в ней зло? Могут ли в ней жить люди, дети и женщины из антивещества, красивы ли они? Дерутся ли эти люди на мечах, носят ли золото и бриллианты?
Ладно, опустим эти фантазии. Существование антиматерии впервые предположил в 1928 году Поль Дирак, который осознал, что одним из следствий квантовой механики будет существование электронов с положительным, а не отрицательным зарядом. Они были открыты Карлом Андерсоном всего 4 года спустя и получили название «позитронов». Спасибо, что не «диракотроны», это название больше подходит для гигантского японского робота.
Эти античастицы рождаются в результате столкновения высокоэнергетических частиц, которые происходят естественным образом во Вселенной, либо неестественным — в наших ускорителях частиц. Мы даже можем наблюдать аннигиляцию, когда материя и антиматерия сталкиваются друг с другом.
Физики обнаружили целый ряд античастиц. Антипротоны, антинейтроны, антиводород, антигелий. Впрочем, чего-то побольше пока нет. Однако большой вопрос: что было бы, если бы маятник Вселенной качнулся в другую сторону? Что было бы, если бы Вселенная состояла по большей части из антивещества? Продолжала бы она работать? Были бы у нас звезды, планеты, люди?
Когда физики подменяют материю антиматерией в своих уравнениях, они называют это зарядовым сопряжением (С-преобразованием). Но оказалось, что если заменить заряды частиц во Вселенной, она не будет работать так же, как наша старая добрая Вселенная.
Чтобы решить эту проблему, физики вообразили последствия существования настоящей зеркальной Вселенной, где все частицы будут вести себя как зеркальные копии самих себя. Все будет наоборот. Спин, заряд, скорость, принципы действия. Инверсия. Будет ли это работать?
Опять же, ответ нет. Почти должно, но у слабой ядерной силы, которая управляет ядерным распадом, есть тенденция нарушить эту идею комбинированной четности. В зеркальной Вселенной слабое ядерное взаимодействие работает не очень.
Симметрия четности, то есть инвариантность уравнений физики относительно этой зеркальной инверсии, соблюдается для всех реакций, связанных с электромагнетизмом и сильными взаимодействиями. Что, если обратить заряд и четность одновременно? Физики называют это CP-симметрией, комбинированной четностью, произведением двух симметрий.
В любопытном эксперименте, проведенном Джеймсом Кронином и Вэлом Фитчем в 1964 году, ученые продемонстрировали, что нет, в зеркальной антиматериальной Вселенной наши физические законы работать не будут. Этот эксперимент принес ученым Нобелевскую премию в 1980 году.
Но у физиков есть еще один козырь в рукаве. Оказывается, если повернуть вспять время и сделать все из антивещества, то, взглянув в зеркало, вы получите истинную симметрию. Все физические законы будут работать, и вы получите вселенную, которая будет выглядеть в точности как наша собственная.
Оказывается, мы могли бы жить в зеркальной Вселенной, если бы время шло вспять, а заряд каждой частицы был обращенным. И она была бы неотличима от нашего мира. И если так, то где гарантии, что мы живем не в зеркальной Вселенной?