В прошлом я написал небольшую научно-фантастическую повесть (опубликованную в 1951 году), в сюжете которой следующим образом использован закон сохранения четности. Земля подверглась внезапному нападению обитателей планетной системы Зета-59. Лаборатория по производству небольших спиральных устройств — геликсонов, находящаяся на Аляске, разрушена. Геликсоны являются существенным элементом обороны Земли. Их нехватка весьма ощутима. Ближайший пункт, где их теперь можно найти, — эта планета, колонизованная столетия назад землянами и находящаяся на далекой окраине нашей Галактики. За ними посылается специальная экспедиция. На обратном пути нагруженный геликсонами корабль сталкивается -с метеоритом; в результате столкновения корабль на некоторое время попадает в четырехмерное пространство и, оказавшись снова в обычном трехмерном пространстве, вынужден остановиться для устранения повреждений на неизвестной землянам планете. И тут капитану корабля становится ясно, что если корабль за время пребывания в четырехмерном пространстве совершил нечетное число оборотов, то он должен зеркально преобразоваться вместе со всем, что находится на его борту. Поэтому и геликсоны должны изменить винтовую ориентацию своих спиралей, а это означает, что они стали бесполезными. Перед капитаном встает вопрос: как до возвращения на Землю установить, произошло это или нет? Рассматривать какие-либо асимметричные конфигурации на корабле (например, надписи) бесполезно; поскольку если они преобразовались, то точно так же преобразовалось и все, с чем их можно было бы сравнивать, в том числе и сами астронавты.
Планета не населена, но она состоит из тех же элементов, что и Земля; на ней действуют те же физические законы. На корабле имеется великолепно оборудованная лаборатория. Можно ли поставить эксперимент, который бы установил, что корабль подвергся зеркальному преобразованию? Капитан приходит к выводу, что такого эксперимента не существует. Законы природы зеркально симметричны. Четность сохраняется. Даже если ему удастся обнаружить в какой-либо форме органическую жизнь на планете — любые организмы, содержащие асимметричные аминокислоты, — это не принесет никакой пользы, поскольку в природе нет законов, по которым аминокислоты не могли бы быть и правосторонними.
Через шесть лет после написания повести все эти рассуждения оказались безнадежно устаревшими. В 1957 году закон сохранения четности был ниспровергнут! В Колумбийском университете был поставлен эксперимент, в котором симметричная ядерная система переходила в асимметричную. Выявилась существенная асимметрия в законах, описывающих структуру некоторых элементарных частиц, когда эти частицы претерпевают реакции определенного типа. Если бы мой поставленный в тупик капитан космического корабля располагал необходимым оборудованием, он смог бы поставить на планете, где он высадился, подобный эксперимент; по результату опыта он мог бы совершенно однозначно установить, испытал ли его корабль зеркальное отображение.
Колумбийский эксперимент не имеет зеркального двойника, то есть зеркально обращенный фильм о нем представляет собой картину эксперимента, который не может быть выполнен нигде в нашей Галактике. Это как раз тот опыт, который разрешает Озма-проблему!
Более подробно об этом, по выражению Роберта Оппенгеймера, «блестящем и удивительном открытии» говорится в гл. 22. Однако сначала мы рассмотрим то, что физики называют античастицами, и ту странную гипотетическую разновидность материи, которая известна как антиматерия.
Существование античастиц тесно связано с несохранением четности. Усвоение некоторых сведений о них значительно облегчит понимание истории ниспровержения закона сохранения четности.
Глава 21. Античастицы
Теоретические представления о строении материи, подобно маятнику, колеблются от простых воззрений к сложным и обратно. Древние греки представляли себе все вещества как комбинации четырех элементарных типов материи: земли, воздуха, огня и воды. Потребовалось около двух тысячелетий, чтобы развитие химии привело к необходимости отличать около восьмидесяти различных элементов — веществ, состоящих из атомов определенного сорта. Эти атомы и были «элементарными» частицами до начала настоящего столетия, когда представления о строении материи снова не качнулись, подобно маятнику, к простоте. В начале тридцатых годов различие между атомами было весьма изящно объяснено в рамках модели, включающей только три (а не четыре, как у Аристотеля) вида элементарных частиц: протоны, нейтроны и электроны.