Однако квантовая механика из принципа симметрии при отражении позволяет доказать (сейчас я, к сожалению, не могу объяснить вам, как это делается), что совершенно невозможно, чтобы оба эти способа распада принадлежали одной частице: одна частица никак не может распадаться двумя различными способами. Закон сохранения, соответствующий принципу сим­метрии при отражении, не имеет аналога в классической физике, и этот специфический закон сохранения в квантовой ме­ханике был назван законом сохранения четности. Таким обра­зом, вследствие закона сохранения четности, или, точнее, из симметрии квантовомеханических уравнений слабого распада относительно отражения, получалось, что одна и та же частица не может распасться обоими способами, так что здесь мы встре­чаемся с каким-то удивительным совпадением в массах, вре­менах жизни и т. д. Но чем больше изучалось это явление, тем более удивительным становились совпадения и постепенно росло подозрение в несправедливости фундаментального закона сим­метрии природы относительно отражения.

Это кажущееся нарушение побудило физиков Ли и Янга предложить поставить другие эксперименты и проверить, будет ли закон сохранения четности выполняться в других родствен­ных распадах. Первый такой эксперимент выполнила By в Ко­лумбийском университете. Заключался он в следующем. Оказы­вается, что у кобальта, который является хорошим магнетиком, существует изотоп, распадающийся с испусканием электронов. Поместим его в очень сильное магнитное поле при очень низкой температуре, так чтобы тепловые колебания не слишком силь­но сбивали атомные «магнитики», тогда все они «выстроятся» вдоль магнитного поля. Таким образом, все атомы кобальта «выстраиваются» в этом сильном поле одинаковым образом. Потом они распадаются, испускают электроны, и вот оказалось, что когда атомы «выстраиваются» в магнитном поле с направлен­ным вверх вектором В, то большинство электронов летит вниз.

Тому, кто не очень «на ты» с миром физики, это замечание мало что говорит, однако тот, кого волнуют тайны природы, уви­дит, что это наиболее удивительное открытие нашего времени. Если поместить атомы кобальта в очень сильное магнитное поле, то вылетевшие электроны более охотно летят вниз, чем вверх. Поэтому если бы мы отразили этот опыт в зеркале так, чтобы атомы кобальта были «выстроены» наоборот, т. е. вверх, то они бы испускали свои электроны вверх, а не вниз, и симметрия ис­чезла бы. Вот у магнита и выросла борода!

Теперь мы знаем, что южный полюс магнита это тот, от ко­торого летят b-распадные электроны; таким образом, физически возможно отличить северный полюс от южного.

Своими раскалёнными добела глазами я вижу взмывающий в небо красный шарик. Должно быть, удерживающая его верёвочка в моей руке тоже сгорела. Но сейчас это уже не важно.

После этого было сделано множество других эксперимен­тов: распад p-мезона на m и v, распад m-мезона на электрон и два нейтрино, распад Л-частицы на протон и p-мезон, распад 2S-частицы и много других распадов. И почти во всех тех слу­чаях, где этого можно было ожидать, обнаружено отсутствие принципа зеркальной симметрии! Фундаментальный закон фи­зики — закон симметрии при отражении — оказался на этом уровне несправедливым.

Моё тело замирает, цепенеет в этой ловушке, в пузыре сплошной боли. Мгновенное «сейчас» длится целую вечность.

Короче говоря, теперь мы уже могли бы объяснить нашему приятелю из космоса, где у нас расположено сердце.«Послушай,— сказали бы мы ему,— сделай себе магнит, намотай на него про­волоку и пусти по ней ток. Затем возьми кусок кобальта, охлади его до низкой температуры. Расположи все устройство так, чтобы испущенные электроны летели от ног к голове, тогда направле­ние тока в катушке скажет тебе, какую сторону мы называем правой, а какую — левой: ток входит с правой стороны и выхо­дит с левой». Итак, с помощью эксперимента такого рода можно определить, где правая, а где левая сторона.

Между нулём и единицей вмещается беспредельное множество чисел: 0.1, 0.01, 0.101… Числа неисчерпаемы, после точки десятичной дроби они тянутся и тянутся бесконечно.

Было предсказано множество других свойств. Оказалось, например, что спин, т. е. угловой момент, или момент количества движения ядра кобальта, до распада равен пяти единицам h, а после распада — четырем. Половину этого момента количества движения уносит электрон, а половину — нейтрино. Нетрудно теперь сообразить, что момент количества движения, уносимый электроном, должен быть направлен по линии его движения, как и момент количества движения нейтрино. Казалось, что электрон вертится справа налево; это тоже было проверено. Сделано это было прямо здесь в КАЛТЕХ\'е. Бем и Вапстра, поставившие эксперимент, обнаружили, что электрон действи­тельно крутится налево. (Были и другие эксперименты, давав­шие противоположный ответ, но они оказались неверными!)

Воздушный шарик в голубой вышине становится всё меньше, меньше и истаивает до крохотной красной капельки.

Мои веки вздрагивают – кажется, это единственная часть моего тела, ещё способная двигаться. Боль медленно угасает, оставляя после себя пронзительный холод.

Следующей задачей было нахождение правила нарушения закона сохранения четности. Есть ли какое-нибудь правило, говорящее нам, насколько велико должно быть это нарушение? Оно оказалось следующим: нарушение происходит только в очень медленных реакциях, названных слабыми распадами, и если уж оно произошло, то частицы, уносящие спин, такие, как электрон или нейтрино, вылетают, преимущественно враща­ясь налево. Это как бы «правило перекоса», оно связывает поляр­ный вектор скорости и аксиальный вектор момента количества движения и говорит, что моменту количества движения более присуще направление против вектора скорости, нежели по нему. Таково правило, но мы еще не очень понимаем всех его «по­чему» и «поэтому». Почему справедливо именно это правило, в чем его фундаментальная причина и как оно связано с дру­гими явлениями? Сейчас мы настолько потрясены самим фак­том несимметрии мира, что до сих пор еще не можем оправиться и понять, как же оно отразится на всех остальных правилах. Тем не менее проблема эта интересная, животрепещущая и, увы, до сих пор не решенная. Поэтому сейчас самое время об­судить некоторые вопросы, связанные с этим правилом.

Я смаргиваю и начинаю считать до бесконечности.

§ 8. Антивещество

А потом приходит темнота.

Когда исчезает одна из симметрии, то первым делом нуж­но немедленно обратиться к списку известных или предположен­ных симметрии и посмотреть, не может ли еще нарушиться ка­кая-то из них. Мы не упомянули одну операцию из нашего списка, а к ней наш вопрос относится в первую очередь — это от­ношение между веществом и антивеществом. Дирак предсказал, что в дополнение к электронам в мире должны существовать другие частицы, называемые позитронами (открытые Андерсоном в КАЛТЕХ\'е), и они тесно связаны с электронами. Все свойства этих двух частиц подчиняются определенным правилам соот­ветствия: энергии их равны, массы равны, заряды противопо­ложны, но самое важное, столкнувшись, они могут уничтожить друг друга (аннигилировать), превратив всю свою массу в энер­гию, например g- излучение. Позитрон называется античасти­цей электрона, и эти свойства являются основными свойствами частицы и ее античастицы. Из рассуждений Дирака было ясно, что у всех остальных частиц тоже должны быть соответствую­щие античастицы. Например, наряду с протоном должен существовать и антипротон, который сейчас обозначается симво­лом р. У него должен быть отрицательный электрический заряд, та же, что и у протона, масса и т. д. Однако наиболее важным свойством является то, что протон и антипротон, столкнувшись, могут уничтожить друг друга. Я особенно подчеркиваю это по­тому, что люди обычно удивляются, когда говоришь, что наряду с нейтроном существует и антинейтрон; они говорят: «Как ан­тинейтрон может иметь противоположный заряд, ведь он нейтральный?» Приставка «анти» означает не просто противополож­ный заряд, частица характеризуется целым набором свойств, многие из которых становятся противоположными. Антинейт­рон можно отличить от нейтрона следующим способом: если поместить рядом два нейтрона, они так и останутся двумя нейт­ронами, но если мы поместим рядом нейтрон и антинейтрон, то они уничтожат друг друга, причем выделят большое коли­чество энергии в виде разных p-мезонов, g-квантов и т. п.

15

– Значит, я умерла?

Далее, если у нас есть антипротоны, антинейтроны и по­зитроны, то из них в принципе можно составить антиатомы. Это еще не сделано, но в принципе вполне возможно. В атоме водорода, например, в центре расположен протон, вокруг ко­торого крутится электрон. Вообразите теперь, что мы сделали антипротон и запустили вокруг него позитрон. Будет ли он кру­титься? Ну прежде всего антипротон заряжен отрицательно, а позитрон — положительно, так что они будут притягиваться друг к другу с соответствующей силой, а поскольку массы у них одинаковы с протоном и электроном, то одинаково будет и все остальное. В этом состоит один из принципов симметрии в фи­зике: уравнения, по-видимому, говорят нам, что если сделать одни часы из вещества, а другие, точно такие же, из антиве­щества, то они будут идти совершенно одинаково. (Разумеется, если мы поместим эти часы рядом, то они уничтожат друг друга, но это уже совсем другое дело.)

По-прежнему сидя за столом, Лили поднимает на меня взрослые глаза, которые столько всего видели, и кивает. Слёзы так и бегут по её лицу.

Тогда немедленно возникает вопрос. Можно сделать двое часов из вещества, причем одни «правосторонние», а другие «левосторонние». Можно, скажем, сделать не простые часы, а часы с кобальтом, магнитами и детекторами, регистрирую­щими b-распадные электроны и считающими их. Всякий раз, ког­да регистрируется электрон, секундная стрелка слегка подви­гается. Но тогда зеркально отраженные часы, в которые при­ходит меньше электронов, не будут идти с той же скоростью. Итак, теперь нам ясно, что возможно построить такую пару ча­сов, что правосторонние не будут согласовываться с левосто­ронними. Давайте сделаем часы из вещества и назовем их стан­дартными, или правосторонними, и сделаем еще часы тоже из вещества и назовем их левосторонними. Мы только что устано­вили, что эти двое часов, вообще говоря, не будут идти одина­ковым образом, а до этого выдающегося открытия в физике считалось, что будут. Далее мы, кроме того, полагали, что ве­щество и антивещество эквивалентны, т. е. если бы мы сделали часы из антивещества, такие же правосторонние, той же самой формы, то они шли бы точно так же, как и правосторонние часы из вещества, а если бы мы сделали такие же левосторонние часы, то и они тоже ходили бы точно таким же образом. Другими сло­вами, первоначально мы полагали, что все четверо таких часов должны работать совершенно одинаково. Но теперь мы знаем, что правосторонние и левосторонние часы из вещества не оди­наковы. А следовательно, право- или левосторонние часы из антивещества тоже, по-видимому, не одинаковы.

– Когда ты не вернулась домой, мы все пошли тебя искать – мама, папа и я. Мы пошли обратно через мост к магазину и всё время звали тебя по имени. И это я увидела, как ты лежишь возле железнодорожных путей. – Лицо Лили сводит от боли, когда она переживает всё это заново. – Видимо, твой воздушный шарик задел за электрический провод. «Скорая» приехала быстро, но они уже ничего не могли сделать. Медики сказали, что ты умерла мгновенно.

Теперь возникает очевидный вопрос: есть ли пара часов, которые идут одинаково? Иначе говоря, ведет ли себя правосто­роннее вещество так же, как правостороннее антивещество? Или же правостороннее вещество ведет себя так же, как лево­стороннее антивещество? Эксперименты с b-распадом, но не с электронным, а с позитронным b-распадом, указывают, что эта связь такова: «правое» вещество ведет себя точно так же, как «левое» антивещество.

Я вспоминаю окруживший меня белый свет. Электрический разряд в двадцать пять тысяч вольт, мгновенно пронзивший моё тело. Мгновение, которое длилось вечность.

Итак, в конечном счете право-левая симметрия все же реа­билитирована! Если мы изготовим левосторонние часы, но изготовим их из материала совершенно другого рода — из анти­вещества, а не из вещества, то они будут идти точно таким же образом. В итоге произошло вот что: вместо двух независимых правил в нашем списке симметрии мы получили одно новое комбинированное правило, гласящее, что правостороннее вещество симметрично с левосторонним антивеществом.

Лили трясёт головой, прядь седых волос падает ей на заплаканное лицо:

Таким образом, если наш приятель из космоса сделан из антивещества и мы даем ему указания, как сделать нашу «пра­востороннюю» модель, то он, разумеется, сделает все наоборот. Что произошло бы, если бы после долгих переговоров мы научи­лись другу друга строить космические корабли и договорились бы о встрече где-то в космическом пространстве, на полпути между ним и нами? Разумеется, мы бы предварительно рас­сказали друг другу о своих обычаях и прочем, и вот наконец вы спешите навстречу, чтобы пожать ему руку. Но будьте внимательны. Если он протянет вам левую руку — берегитесь!

§ 9. Нарушенная симметрия

– Зачем, ну зачем ты пошла через пути, Мейзи?!

А что нам делать с законами, которые только приблизительно симметричны? Самое удивительное здесь то, что в широкой об­ласти важнейших явлений—ядерные силы, электромагнитные явления и даже некоторые слабые взаимодействия типа грави­тации, словом, все законы в широчайшей области физики ока­зываются симметричными. Но, с другой стороны, вдруг всплы­вает какое-то слабенькое явление и говорит: «Нет, не все на свете симметрично!» Но как могло случиться, что природа почти симметрична, а не абсолютно симметрична? Что нам с ней делать? Прежде всего давайте все-таки посмотрим, нет ли каких-то дру­гих примеров подобного рода? Да, такие примеры есть и даже не один. Например, ядерные части сил между протоном и про­тоном, между протоном и нейтроном или нейтроном и нейтро­ном в точности равны друг другу. Это некая новая симметрия — симметрия ядерных сил: в ядерных взаимодействиях протон и нейтрон вполне могут заменять друг друга. Но она, очевидно, не всеобщая симметрия, ибо между двумя нейтронами не су­ществует электрического отталкивания, как между двумя про­тонами. Поэтому мы не можем всегда заменять протона нейтро­ном, это, вообще говоря, неверно, хотя и является хорошим приближением. Почему хорошим,? Да потому, что ядерные силы гораздо больше электрических. Так что это тоже «почти сим­метрия». Итак, подобные примеры все же есть и в других об­ластях.

Я тоже начинаю плакать. Как я могла сделать такую глупость?! Собственный ответ звучит для меня невыносимо, когда я заставляю себя выдавить его вслух:

– Я просто хотела обогнать тебя. Первой вернуться домой.

Нас всегда тянет рассматривать симметрию как некоего рода совершенство. Это напоминает старую идею греков о совершен­стве кругов. Им было даже страшно представить, что планетные орбиты не круги, а только почти круги. Но между кругом и почти кругом разница немалая, а если говорить об образе мыс­лей, то это изменение просто огромно. Совершенство и симмет­рия круга исчезают как только чуть-чуть исказить его. Дефор­мируйте немного круг, и это будет концом его симметрии и со­вершенства. Спрашивается, почему же орбиты только почти круги? Это куда более трудный вопрос. Истинное движение планет, вообще говоря, должно происходить по эллипсам, но в течение веков благодаря приливным силам они превратились в почти окружности. Но везде ли есть подобная проблема? Если бы пути планет были действительно кругами, то проблема не требовала бы пространных объяснений — они просты. Но поскольку эти пути только почти круговые, то объяснить нуж­но очень многое. Результат же превращается в большую дина­мическую проблему, и теперь нам нужно объяснить, привлекая приливные силы или что-то еще, почему они приблизительно симметричны.

Плечи Лили вздрагивают – её тело сотрясает новый всхлип.

Итак, наша цель понять, откуда взялась симметрия. Почему природа столь близка к симметрии? По этому вопросу ни у кого нет никакой разумной мысли. Единственное, что я могу пред­ложить вам,— это старое японское предание. В японском городе Никко есть ворота, которые японцы называют самыми краси­выми воротами страны. Они были построены в период большого влияния китайского искусства. Это необычайно сложные ворота, со множеством фронтонов, изумительной резьбой и большим количеством колонн, на основании которых вырезаны драконьи головы, божества и т. п. Но, приглядевшись, можно заметить, что в сложном и искусном рисунке на одной из колонн неко­торые из его мелких деталей вырезаны вверх ногами. В остальном рисунок полностью симметричен. Спрашивается, для чего это было нужно? Как говорит предание, это было сделано для того, чтобы боги не заподозрили человека в совершенстве. Ошибка была сделана намеренно, дабы не вызвать зависти и гнева богов.

Я вспоминаю, как тем утром, в день моего рождения, Лили вот так же всхлипывала, сидя на краю ванны и глядя на татуировку на своём запястье. Конечно, сейчас она выглядит совсем взрослой, но я снова вижу на её месте девочку-подростка. Мою сестру. Только на этот раз я не знаю, что сказать, чтобы утешить её. Чтобы она перестала плакать. Я и сама не могу удержаться от слёз.

Мы можем, вообще говоря, подхватить эту мысль и сказать, что истинное объяснение приблизительной симметрии мира состоит в следующем: боги сотворили свои законы только приближенно симметричными, чтобы мы не завидовали их со­вершенству!

– Лили…

КОНЕЦ ПЕРВОГО ТОМА

– Мама с папой считали, что в несчастье с тобой виновата я, – всхлипнула она. – Они говорили, что я ни в коем случае не должна была оставлять тебя одну.



Лили ни в чём не была виновата, но теперь я могла думать только о маме с папой.

* Их построил архитектор и резчик Цингору в середине XVII ве­ка. —Прим. ред.

– А где они сейчас? – спрашиваю я, с трудом выговаривая слова.

* Автор не зря предупреждал, что обо всем содержании этой гла­вы можно сказать: «насколько нам известно сегодня». Ведь это уже «передний край» физики, где возможны любые изменения. Так и выш­ло. Совсем недавно было установлено, что симметрия между правым веществом и левым антивеществом не всегда существует. Комбиниро­ванная симметрия тоже оказалась приближенной. Мы пока не знаем, как и почему это происходит, пока строим только гипотезы, но вполне возможно, что, когда дело дойдет до встречи с нашим приятелем из другого мира, мы предварительно сможем выяснить, сделан ли он из вещества, как и мы, или из антивещества. — Прим. ред.

– Папа умер в прошлом году, – отвечает Лили. Я слышу, как дрожит её голос. – Ему было всего шестьдесят два, но рак опять вернулся. Тогда я и переехала к маме. Она тяжело это перенесла, ты знаешь. Мне кажется, она стала забываться и путаться. Совсем как когда-то бабушка Пегг… – Голос Лили стихает. Она сидит, обхватив голову руками.

Я стою, совершенно оцепенев.

В компьютерном чипе информацию можно хранить в виде нуля или единицы – «включено/выключено», «да/нет». Но в моей голове сейчас все до единого переключатели вопят одно-единственное слово: НЕТ!



Я не в силах говорить, не в силах даже до конца осознать то, что сказала мне Лили.

Лили поднимает голову, видит моё потрясённое лицо и тянет ко мне руку. На внутренней стороне её запястья я вижу татуировку – ленту Мёбиуса. Её края чуть расплылись от времени, чернила потускнели.

* Сейчас уже научились делать еще два антиизотопа водорода: антидейтрон и антитритий. — Прим. ред.

– Мне так жаль, Мейзи, – говорит она, поднимаясь на ноги. – Всё должно было быть совсем не так.

Над её головой, через стекло мансардного окна, я вижу сияющее в голубом небе солнце. Но в нём больше нет тепла. Это только картинка, скрывающая трещину, сквозь которую сочится темнота.

 

– А это что такое? – всхлипнув, спрашиваю я.

– Моя работа, – отвечает Лили. – Труд всей моей жизни. – Резкие линии в уголках её рта чуть смягчаются. – Симуляция Вселенной, где мы снова могли бы быть вместе. – Лили оборачивается к столу позади себя и указывает на открытый ноутбук. – Всё, что ты видишь, всё, что слышишь или ощущаешь на вкус, всё, что обоняешь и чего касаешься, – часть этой компьютерной реальности. Когда ты умерла, Мейзи, я решила, что мой долг – исполнить твою мечту. Я поступила в университет и стала изучать программирование. Научилась у папы всему, что касалось дизайна видеоигр и построения виртуальных миров. Со временем компьютеры становились всё сложнее, и вместе с ними возрастала и сложность мира, который я могла создавать. Наш дом, наша улица, наш город, наша жизнь – в тот день, когда ты нас покинула, всё это началось заново.

Я смотрю на свою сестру, которая сейчас выглядит даже старше, чем мама. Получается так, словно Лили пыталась прожить мою жизнь вместо меня.

– Ты же хотела заниматься модой, – говорю я.

– Ну, разница не так уж велика, – Лили с чуть кривоватой улыбкой пожимает плечами. – Что там дизайн, что здесь. Кроме того, кое-где мне удавалось вставить кое-что из своих модных задумок. – Она указывает на нагрудный карман моей пижамы.

Я опускаю взгляд и впервые замечаю пришитый к нему ярлычок дизайнера. Я пробегаю по нему пальцами, и выпуклые буквы под ними складываются в очень модное имя. На ярлычке остаются красные пятнышки – свежие капельки крови, выступившие из моего уколотого значком пальца. Я морщусь, опасаясь, что эта кровь теперь не отстирается, но потом до меня доходит, что об этом можно больше не беспокоиться.

Всё это не настоящее.

Я разглядываю подушечку своего пальца, тонкие бороздки на коже. Каждая линия, каждый завиток отпечатка моего пальца абсолютно уникальны. Но если это виртуальная реальность, воссозданная компьютером – то что же тогда я?

– А я настоящая? – задаю я вопрос.