Švietimas ir mokslas
09 24. Kur slepiasi antižmonės?
Prof. Jonas Grigas
Mes įpratę galvoti, kad jeigu kažkas mums atsitinka ar neatsitinka, tai tam turi būti priežastis. O dėl kokios priežasties mes nesusitinkame antižmonių? Norint tai suprasti, reikia truputį pasiknisti praeityje. Pasiruoškite nenustebti, nes kai fizikai kalba rimtai, jais sunku patikėti. Remiantis tuo, ką mokslininkai yra kada nors atradę laboratorijose, jūs neturėtumėte egzistuoti. Aš taip pat. Neturėtų būti nei Žemės, nei Saulės, nei Paukščių tako galaktikos. Kodėl?
Mes esame sudaryti iš fundamentalių dalelių – atomų ir iš jų sudarytų molekulių, kurios yra beveik tuščia erdvė. Atome 99,999 999 999 proc. yra tuščia erdvė. Milžiniška energija išlaiko sudedamąsias daleles atome. Dalelės gali būti sukurtos iš energijos ir vėl virsti energija. Mes esame tik energetinių sąveikų pulsuojantis tornado. Energija kuria medžiagą iš Visatos audinio, bet kartu atsiranda ir antimedžiaga. Bet kas yra ta antimedžiaga?
Kiekviena medžiagos dalelė turi visiškai analogišką antimedžiagos dalelę, tokios pačios masės, bet tik priešingo krūvio. Pavyzdžiui, pozitronas yra elektrono antidalelė, tik jo elektros krūvis yra teigiamas, skirtingai nei neigiamo elektrono. O antiprotono krūvis yra neigiamas, priešingai nei teigiamo protono. Taip priešingai įelektrintos yra ir visos kitos antimedžiagos dalelės.
Antimedžiagą dar 1928 metais atrado anglų fizikas P. A. M. Dirakas (Dirac), spręsdamas reliatyvistinės kvantinės fizikos lygtis. Iš lygčių sekė, kad kiekviena dalelė turi turėti antidalelę. Dirakas dar nežinojo, ką tos lygtys pasako. Bet jos sakė, kad egzistuoja gili simetrija tarp medžiagos ir dar neatrastos antimedžiagos. Tačiau šių blogų dvynių realybė yra tokia, kad jei priešingų krūvių dalelės viena kitą traukia, tai tas neišeina į gera dalelėms ir antidalelėms. Jei susiduria elektronas ir pozitronas, tai kylantis sprogimas sunaikina juos abu, įvyksta dalelės ir antidalelės susinaikinimas (anihiliacija), kurios rezultate dalelių masė m virsta milžiniška energijaE pagal lygtį E = mc2, kur c yra šviesos greitis, lygus 300 milijonų kilometrų per sekundę.
Sunku pasakyti, kokias daleles reiktų laikyti normaliomis, o kokias antidalelėmis. Lygiagretėje visatoje, sudarytoje iš antimedžiagos, antižmonės savo daleles laikytų normaliomis, o mūsų Visatos daleles – antidalelėmis, mus – antižmonėmis. Ir būtų teisūs tiek jie, tiek mes. Tai tik semantikos reikalas.
Bet tai nereiškia, kad mūsų Visatoje nėra antimedžiagos. Antimedžiagą visą laiką gamina Saulė ir žvaigždės. Jos gamina pozitronus, kaip šalutinį produktą branduolinės reakcijos metu vandeniliui virstant heliu. Ir mes galime pasigaminti antimedžiagos Žemėje dalelių greitintuvais, pavyzdžiui, tokiais kaip Didžiuoju hadronų greitintuvu CERN Prancūzijos ir Šveicarijos pasienyje.
O kodėl medžiaga ir antimedžiaga skiriasi? Kokie buvo vyksmai mūsų matomoje Visatoje, kad medžiagos atsirado daugiau nei antimedžiagos? Tai būtų esminis atsakymas į klausimą, iš kur mes atsiradome ir kodėl nesusitinkame antižmonių. Gal Dievas juos išskyrė lygiagretėse visatose? Juk jei normalus vaikinas susitiktų antimerginą ir ją pabučiuotų, tai drioksteltų toks sprogimas, kokio žmonija dar negirdėjo, jis pranoktų galingiausią atominį sprogimą. Niekas tiksliai nežino, kaip medžiaga kūrėsi iš energijos pirmaisiais laiko momentais po Visatos Didžiojo sprogimo. Deivas Goldbergas (Dave Goldberg) knygoje „How Hidden Symmetries Shape Reality“ (Kaip nematoma simetrija formuoja realybę) rašo, kad viskas, ką žinome, yra tai, kad mes egzistuojame todėl, jog pačioje Visatos gimimo pradžioje kažkodėl buvo pažeistas simetrijos dėsnis – dalelių, iš kurių viskas ir susikūrė, atsirado daugiau nei antidalelių. Užgimusi Visata buvo ypatingai karšta – temperatūra siekė 1032 Kelvinų, ji buvo daugiau nei kvintilijoną kartų karštesnė nei Saulės vidus. Tokioje temperatūroje fizikos dėsniai neveikia, todėl galima manyti, kad nesuveikė ir simetrijos dėsnis. Visata sparčiai plėtėsi ir vėso, ir vos po vienos milijoninės sekundės dalies temperatūra jau buvo „tik“ 1013, t.y. dešimt tūkstančių milijardų Kelvinų.
Dažnai skaitome ir girdime, kad dalelių greitintuvais fizikai siekia sukurti Visatos Didžiojo sprogimo sąlygas. Tai beveik tiesa. Visata praeityje buvo karštesnė ir turėjo daugiau energijos. Kuo arčiau norima priartėti prie Didžiojo sprogimo, tuo bus karščiau. Dalelių greitintuvuose kol kas nepastebėta net mažiausių užuominų, kodėl iš energijos kūrėsi daugiau medžiagos nei antimedžiagos. Ir belieka tik spėlioti, kad medžiagos ir antimedžiagos simetrijos dėsnis tapo pažeistas tokiose aukštose temperatūrose, kurios Žemės sąlygomis jokiais dalelių greitintuvais pasiekti neįmanoma.
Net toje fantastiškai aukštoje temperatūroje, kai energija buvo taip pat fantastiškai didelė, asimetrija tarp medžiagos ir antimedžiagos buvo labai maža. Milijardui sukurtų antidalelių buvo milijardas ir viena normalios medžiagos dalelė. Tik viena! Tai žinome iš to, kad Visatoje yra milijardą kartų daugiau fotonų nei protonų. Kai milijardas antiprotonų anihiliavo su milijardu protonų, jie paliko milijardus fotonų, kuriuos ir stebime šiandien, nors ir susilpnėjusių dėl Visatos plėtros. MES esame tos asimetrijos rezultatas, tos vienos neanihiliavusios dalelės, anihiliavus milijardui protonų ir antiprotonų, vaisius. Todėl susitikti antižmogų nerealu net ir mokslinėje fantastikoje, nes antižmonės galėtų slėptis nebent lygiagretėje visatoje.
Atgal
.jpg)
