Квантовый лабиринт. Как Ричард Фейнман и Джон Уилер изменили время и реальность

Уилер удостоверился в правильности результатов и уделил много внимания математическим моделям сжатия тяжелых звезд, которые выглядели тем материалом, из чего возникают черные дыры. Он также отметил вывод Роя Керра от 1963 года, касающийся решения для черных дыр, поскольку тот включил в рассмотрение не только массу, но и вращение. Последним шагом стала схема Эзры Ньюмана, ведь он учел не только массу, вращение, но еще и заряд, создав таким образом полную модель.

Само собой, Джон ознакомился и с выводами Пенроуза от 1965 года, что конечным результатом катастрофического гравитационного сжатия будет, в определенном случае, пространственно-временная сингулярность – центральная точка бесконечной плотности. Взвесив все доказательства, Уилер из скептика в отношении черных дыр превратился в их сторонника.

Проблема с каонами

Конференция «Природа времени» подчеркнула резкий контраст между обратимостью времени в масштабе фундаментальных частиц и его необратимостью в макромире. Эта дихотомия, помимо прочего, побудила Хогарта оживить теорию поглощения Уилера – Фейнмана, опиравшуюся на баланс из сигналов, путешествующих вперед и назад во времени, и показать, как она может объяснять космологическую стрелу времени.

Гости конференции знали, как нарушается симметрия пространственной инвариантности в определенных процессах, но при этом были уверены, что очевидным образом неизменны симметрии более высокого порядка (заряд-пространство или заряд-пространство-время). В комбинированном виде эти инвариантности означали, что временная симметрия тоже соблюдается.

Но эта «священная идея» быстро рухнула в мире физики частиц.

Кронин и Фитч в эксперименте 1964 года показали, как нарушается симметрия заряд-пространство в некоторых процессах, связанных со слабым взаимодействием, и происходит это внезапно. Их открытие продемонстрировало, что даже в мельчайшем масштабе дороги времени являются односторонними.

Эксперимент включал запись того, как распадаются нейтральные каоны (к-мезоны). В большинстве ситуаций такие частицы распадаются на три пиона, но иногда они делятся только на два. Это происходит в одном случае из тысячи, но тем не менее показывает, что нечто, считавшееся невозможным, на самом деле вполне вероятно.

Подобное отклонение было бы невозможным, если бы инвариантность заряд-пространство соблюдалась всегда, поскольку парные процессы оставались бы теми же самыми при обмене зарядов, но не при зеркальном отражении. Инвариантность заряд-пространство означает, что если одна из симметрий нарушается, то должна быть нарушена и вторая, чтобы сохранить их комбинацию.

С другой стороны, любое нарушение симметрии заряд-пространство, неважно, насколько слабое, означает, что временная симметрия тоже более не является абсолютной.

Однако нарушенная симметрия может объяснить иные нарушения баланса. Например, в наши дни существует куда больше материи, чем антиматерии, все звезды и галактики состоят целиком из материи. Антиматерию мы встречаем крайне редко, в виде крошечного компонента космических лучей, падающих на нашу планету. Чем можно объяснить такое расхождение?

Многие ученые считают, что нарушение симметрии заряд-пространство на ранней стадии существования вселенной повинно в том, что большая часть антиматерии исчезла.

В бешеном котле Большого взрыва материя и антиматерия должны были возникнуть в равных количествах. Поскольку вселенная была очень горячей и плотной, частицы и античастицы постоянно аннигилировали друг друга, формируя фотоны и другие лишенные массы частицы обмена, ну а те, в свою очередь, трансформировались в пары «частица-античастица», образуя компоненты великого галактического цикла.

Но вселенная понемногу остывала, и электрослабое взаимодействие подверглось нарушению симметрии, в котором частицы обмена, связанные со слабым взаимодействием (именуемые W^-, W⁺ и Z⁰), получили массу, в то время как фотоны, переносящие электромагнетизм, остались без массы. «Тяжесть» частиц обмена слабого взаимодействия определила то, что эта сила стала действовать на очень короткой дистанции.

Ну а кроме того, поскольку не всегда сохранялась симметрия заряд-пространство, природа стала немного несбалансированной. На протяжении эонов времени это привело к все более увеличивающемуся приоритету материи над антиматерией, и кончилось тем несоответствием, которое мы наблюдаем сегодня.

Тот, кто принял нобелевку без желания

Важные экспериментальные находки, такие как обнаружение Пензиасом и Уилсоном реликтового излучения, или открытие Кронином и Фитчем нарушения симметрии заряд-пространство при распаде нейтральных каонов, часто привлекают внимание Нобелевского комитета в Стокгольме. Новые теоретические методы и озарения не выглядят столь очевидными, на них смотрят реже.

В случае с квантовой электродинамикой в 1955 году Уиллис Лэмб и Поликарп Куш разделили Нобелевскую премию за экспериментальное открытие, которое породило целую область физики, а конкретно за Лэмбовский сдвиг и аномальный магнитный момент электрона.