Антиречовину, поняття і категорії

Антиречовини, речовина, що складається з атомів, ядра яких мають негативний електричний заряд і оточені позитрона - електронами з позитивним електричним зарядом. У звичайному речовині, з якого побудований навколишній нас світ, позитивно заряджені ядра оточені негативно зарядженими електронами. Звичайне речовина, щоб відрізняти його від антиречовини, іноді називають койновеществом (від грец. Койнос - звичайний). Однак в російській літературі цей термін практично не вживається. Слід підкреслити, що термін «антиречовину» не зовсім правильний, оскільки антиречовину - теж речовина, його різновид. Антиречовину володіє такими ж інерційними властивостями і створює таке ж гравітаційне тяжіння, як і звичайна речовина.

Говорячи про речовину і антиречовину, логічно почати з елементарних (субатомних) частинок. Кожній елементарної частинки відповідає античастинка; обидві мають майже однакові характеристики, за винятком того, що у них протилежний електричний заряд. (Якщо частка нейтральна, то античастка також нейтральна, але вони можуть відрізнятися іншими характеристиками. В деяких випадках частка і античастинка тотожні один одному.) Так, електрону - негативно зарядженої частинки - відповідає позитрон, а античастинкою протона з позитивним зарядом є негативно заряджений Антипротон. Позитрон був відкритий в 1932, а Антипротон - в 1955; це були перші з відкритих античастинок. Існування античастинок було передбачене в 1928 на основі квантової механіки англійським фізиком П. Діраком.

При зіткненні електрона і позитрона відбувається їх анігіляція, тобто обидві частки зникають, а з точки їх зіткнення випускаються два гамма-кванта. Якщо стикаються частинки рухаються з невеликою швидкістю, то енергія кожного гамма-кванта становить 0,51 МеВ. Ця енергія є «енергія спокою» електрона, або його маса спокою, виражена в одиницях енергії. Якщо ж стикаються частинки рухаються з великою швидкістю, то енергія гамма-квантів буде більше за рахунок їх кінетичної енергії. Анігіляція відбувається і при зіткненні протона з антипротонів, але процес в цьому випадку протікає набагато складніше. Як проміжних продуктів взаємодії народжується ряд короткоживучих частинок; однак через кілька мікросекунд як остаточні продукти перетворень залишаються нейтрино, гамма-кванти і невелике число електрон-позитронного пар. Ці пари в кінцевому підсумку можуть аннигилировать, створюючи додаткові гамма-кванти. Анігіляція відбувається і при зіткненні антинейтрона з нейтроном або протоном.

Коль скоро існують античастинки, виникає питання, чи не можуть з античастинок утворюватися антиядра. Ядра атомів звичайного речовини складаються з протонів і нейтронів. Найпростішим ядром є ядро ​​ізотопу звичайного водню 1H; воно являє собою окремий протон. Ядро дейтерію 2H складається з одного протона і одного нейтрона; воно називається дейтроні. Ще один приклад простого ядра - ядро ​​3He, що складається з двох протонів і одного нейтрона. Антідейтрон, що складається з антипротона і антинейтрона, був отриманий в лабораторії в 1966; ядро анти-3He, що складається з двох антипротонів і одного антинейтрона, було вперше отримано в 1970.

Відповідно до сучасної фізики елементарних частинок, при наявності відповідних технічних засобів можна було б отримати антиядра всіх звичайних ядер. Якщо ці антиядра оточені належним числом позитронів, то вони утворюють антиатоми. Антиатоми володіли б майже в точності такими ж властивостями, як і звичайні атоми; вони утворили б молекули, з них могли б формуватися тверді тіла, рідини і гази, в тому числі і органічні речовини. Наприклад, два антипротона і одне ядро ​​антікіслорода разом з вісьмома позитрона могли б утворити молекулу антіводи, схожу з звичайною водою H2O, кожна молекула якої складається з двох протонів ядер водню, одного ядра кисню і восьми електронів. Сучасна теорія елементарних частинок в змозі передбачити, що антівода буде замерзати при 0 ° С, кипіти при 100 ° С і в іншому вести себе подібно звичайній воді. Продовжуючи такі міркування, можна прийти до висновку, що побудований з антиречовини антисвіт був би надзвичайно схожий з навколишнім нас звичайним світом. Цей висновок служить відправною точкою теорій симетричною Всесвіту, заснованих на припущенні, що у Всесвіті рівну кількість звичайного речовини і антиречовини. Ми живемо в тій її частині, яка складається зі звичайного речовини.

Якщо привести в зіткнення два однакових шматка з речовин протилежного типу, то станеться анігіляція електронів з позитронами плодів та овочів з антиядра. При цьому виникнуть гамма-кванти, по появі яких можна судити про те, що відбувається. Оскільки Земля за визначенням складається зі звичайного речовини, в ній немає помітних кількостей антиречовини, якщо не брати до уваги мізерного числа античастинок, які народжуються на великих прискорювачах і в космічних променях. Те ж саме відноситься і до всієї Сонячної системи.

Спостереження показують, що в межах нашої Галактики виникає лише обмежена кількість гамма-випромінювання. Звідси ряд дослідників роблять висновок про відсутність в ній скільки-небудь помітних кількостей антиречовини. Але цей висновок не беззаперечний. В даний час немає способу визначити, наприклад, чи перебуває ця близька зірка з речовини або антиречовини; зірка з антиречовини випускає точно такий же спектр, як і звичайна зірка. Далі, цілком можливо, що розріджений речовина, що заповнює простір навколо зірки і тотожне речовини самої зірки, відокремлене від областей, заповнених речовиною протилежного типу - дуже тонкими високотемпературними «шарами Лейденфроста». Таким чином, можна говорити про «комірчастої» структурі міжзоряного і міжгалактичного простору, в якій кожна клітинка містить або речовина, або антиречовину. Цю гіпотезу підкріплюють сучасні дослідження, що показують, що магнітосфера і геліосфера (міжпланетний простір) мають пористу структуру. Осередки з різною намагніченістю і іноді також з різними температурою і щільністю розділені дуже тонкими струмовими оболонками. Звідси випливає парадоксальний висновок, що зазначені спостереження не суперечать існуванню антиречовини навіть в межах нашої Галактики.

Якщо раніше не було переконливих аргументів на користь існування антиречовини, то тепер успіхи рентгенівської та гамма-астрономії змінили положення. Спостерігалися явища, пов'язані з величезним і часто надзвичайно безладним виділенням енергії. Найімовірніше, джерелом такого енерговиділення була анігіляція.

Шведський фізик О.Клейн розробив космологічну теорію, засновану на гіпотезі симетрії між речовиною і антиречовиною, і прийшов до висновку, що процеси анігіляції грають вирішальну роль в процесах еволюції Всесвіту і формування структури галактик.

Стає все більш очевидним, що основна альтернативна їй теорія - теорія «великого вибуху» - серйозно суперечить даним спостережень і центральне місце при вирішенні космологічних проблем в найближчому майбутньому, швидше за все, займе «симетрична космологія».

Використано матеріали енциклопедії «Світ навколо нас».

Вайнберг С. Перші три хвилини. М. 1981

Сілк Дж. Великий вибух. М. 1982

Девіс П. Суперсила; пошуки єдиної теорії природи. М. 1989.