Возможен ли зеркальный мир?

Драма идей в познании природы

Выделение левой системы координат связано со свойством слабого взаимодействия тех частиц, которые нас окружают. Если у каждой частицы есть в "зазеркалье" двойник, то, отражая процесс в зеркале, мы должны рассматривать именно зеркальные двойники обычных частиц. Должны существовать зеркальные протоны, электроны, нейтроны и нейтрино. Отражая в зеркале ядро, мы получаем "зеркальное" ядро (не зеркальные ядра, в которых поменялись местами нейтроны и протоны, а ядро, состоящее из новых частиц - зеркальных нейтронов и протонов). Отражая в зеркале процесс бета-распада, мы должны рассматривать распад зеркального ядра, при котором рождаются зеркальный электрон и зеркальное нейтрино. Тогда бета-распад ядра выделяет левую систему координат, а "бета-распад" зеркального ядра выделял бы правую систему координат.

Между частицами и их зеркальными двойниками должна быть строгая симметрия. Они должны взаимно дополнять друг друга так, чтобы с учетом их симметрии эквивалентность левой и правой систем координат восстанавливалась. С другой стороны, при строгой симметрии законов необходимо было объяснить, почему в окружающем нас мире зеркальных частиц мало (или совсем нет). Для этого требовалось запретить в теории превращение обычных частиц в зеркальные.

Советский физик-теоретик Л.Д.Ландау предложил "экономный" путь спасения эквивалентности правого и левого. Зачем вводить в теорию новые частицы зазеркалья, если у частиц и так уже есть двойники - античастицы? Не могут ли античастицы выполнить роль зеркальных двойников? Бета-распад ядер выделяет левую систему координат, бета-распад ядер антивещества - правую. Если процесс бета-распада отразить в зеркале и в отраженном процессе заменить все частицы на их античастицы, то симметрия левого и правого восстанавливается. Зазеркалье надо комбинировать с антимиром. Возникла идея о новой строгой симметрии, которой должно подчиняться и слабое взаимодействие, идея комбинированной четности.

Предполагалось, что четность - точная симметрия гравитационного взаимодействия и электромагнитного взаимодействия, а комбинированная четность - строгая симметрия слабого взаимодействия. Но через несколько лет в опытах с распадами нейтральных К-мезонов выяснилось, что комбинированная четность также не является строгой симметрией Природы. Это вновь нарушало симметрию левого и правого. Грандиозные следствия нарушения комбинированной четности удалось полностью оценить только почти двадцатилетие спустя, когда была осознана связь этого явления с наличием вещества и отсутствием антивещества в окружающей нас части Вселенной. Но об этом позже.

Несохранение комбинированной четности сделало особо актуальным вопрос о зеркальных двойниках обычных частиц. Зеркальные частицы не должны обладать сильным (ядерным) и электромагнитным взаимодействием, иначе их существование уже давно проявлялось бы в экспериментах. Но даже если взаимодействие между зеркальными и обычными частицами настолько слабое, что процессы с участием зеркальных частиц даже в отдаленном будущем не смогут стать предметом прямого исследования физики микромира, поиск макроскопических проявлений частиц возможен уже в настоящее время.

Полная симметрия свойств обычных частиц и их зеркальных двойников обеспечивает и симметрию их взаимодействий. Зеркальные частицы обладают своими (зеркальными) сильным, слабым и электромагнитным взаимодействиями, так что зеркальные нуклоны могут связываться в зеркальные ядра, которые, в свою очередь, могут соединяться зеркальным электромагнитным взаимодействием в зеркальные атомы. Тем самым возможно существование зеркального вещества, столь же стабильного, как и обычное. Практически только гравитационное взаимодействие является общим для зеркальных и обычных частиц.

Гравитационное влияние объектов из зеркального вещества на астрономические объекты из обычного вещества делает существование зеркального вещества доступным наблюдательной проверке. На основе современных представлений об эволюции вещества во Вселенной можно ответить на вопросы о том, что должно было происходить с зеркальным веществом в ходе такой эволюции, к образованию каких астрономических объектов из зеркального вещества она должна была бы привести, и каковы возможные наблюдательные эффекты существования зеркального вещества во Вселенной.

При полной симметрии свойств зеркального и обычного вещества ответы на эти вопросы оказываются довольно определенными. В этом случае во Вселенной должно быть равное количество зеркального и обычного вещества и в галактиках и скоплениях галактик должно быть приблизительно одинаковое количество объектов из обычного и зеркального вещества. С другой стороны, современные представления об образовании и эволюции звезд и звездных скоплений приводили к выводу о независимом образовании объектов из обычного и зеркального вещества. В среднем в Галактике должно быть одинаковое количество зеркальных и обычных звезд, одинаково их распределение по массам и скоростям, но сами эти объекты - практически "чистые". Обычная звезда должна содержать очень малую примесь зеркального вещества, и, наоборот, в зеркальной звезде должна содержаться очень малая примесь обычного вещества.

Наличие в видимой области галактик гравитирующей массы, вдвое превышающей видимую массу, - жесткое предсказание гипотезы зеркального мира. Причем распределение по массам и по скоростям объектов невидимой массы (зеркальных звезд, облаков зеркального газа и тому подобного) должно быть таким же, как для видимого вещества. Специалисты еще не вынесли согласованного мнения о существовании такой "локальной скрытой массы" (в отличие от общепринятой скрытой массы в больших масштабах). Одна группа астрономов утверждает, что в видимой области Галактики, и в частности близкой к Солнечной системе, скрытой массы в таком количестве нет. По их мнению, с точностью не хуже 10 процентов полная плотность вещества в видимой области Галактики совпадает с плотностью видимого вещества - в основном звезд и межзвездного газа. Однако есть и другая группа астрономов, которые утверждают, что согласованное описание распределения звезд в Галактике с необходимостью требует присутствия в видимой области Галактики "локальной скрытой массы". Результаты этих специалистов согласуются с предсказаниями, сделанными на основе гипотезы зеркального вещества.

Можно указать еще целый ряд астрономических эффектов зеркального вещества, доступных проверке в наблюдениях. В их числе - возможность образования внутри Солнца планеты из зеркального вещества. Образование такой планеты обусловлено динамикой межзвездного зеркального газа и пыли, захватываемых Солнечной системой, и не является необходимым следствием существования зеркального мира. Однако если в гравиметрических измерениях будет подтверждено движение такой планеты внутри Солнца, значение этого факта трудно будет переоценить.

Так изучение физической природы несохранения четности в физике микромира может повлечь за собой грандиозные астрономические следствия.

Я.Б.Зельдович, М.Ю.Хлопов, 1988 год