Сахаров и власть. «По ту сторону окна». Уроки на настоящее и будущее

«В своей следующей космологической работе (Нарушение CP-инвариантности, C-асимметрия и барионная асимметрия вселенной // Письма в ЖЭТФ. 1967. Т. 5. № 1. С. 32–35) я исходил из многозначительного факта – во Вселенной имеется так называемая “барионная асимметрия” (т. е. есть, насколько мы можем видеть, только барионы и нет антибарионов). При этом, что особенно требует объяснения, барионов сейчас гораздо меньше, чем фотонов реликтового излучения, – примерно одна стомиллионная или даже миллиардная доля.

На тех стадиях (при температуре более 10 триллионов градусов), когда энергия фотонов превосходила энергию, требуемую для образования пары барион + антибарион, барионы и антибарионы должны были присутствовать, причем в количествах, равных количеству фотонов в том же объеме (с точностью до постоянного численного множителя порядка единицы). В результате (числа условные, для иллюстрации):

Сейчас:

Фотонов                  Барионов            Антибарионов

100 000 000                   1                          0

На горячей стадии добавляется 100 000 000 пар барионов и антибарионов:

Фотонов                  Барионов            Антибарионов

100 000 000             100 000 001            100 000 000

Трудно представить себе, чтобы приведенные в последней строчке числа были “заданными природой” начальными условиями. Они в таком качестве “режут глаз”, “такого не может быть”. Именно это обстоятельство (как видит читатель, из области интуиции, а не дедукции) и было исходным стимулом для многих работ по барионной асимметрии, в том числе и моей».

БА:

Сахаров делает естественное и красивое предположение, что изначально числа барионов и антибарионов были равны, а тот факт, что после их аннигиляции (когда при расширении Вселенной ее температура опустилась ниже указанных десяти триллионов градусов) остался небольшой, в одной стомиллионной доле, «мусор» тяжелого барионного (протон-нейтронного) вещества наблюдаемой Вселенной, объясняется чисто динамически за счет выполнения трех «сахаровских» условий, ставших классическими:

1) должно нарушаться термодинамическое равновесие, что справедливо в сильно нестационарных условиях бурного расширения Вселенной;

2) должны различаться вероятности образования частиц и античастиц (на научном языке это называется нарушение С– и CP-симметрий); такое нарушение впервые было обнаружено на опыте в 1964 г.;

3) фундаментальный «кирпичик мироздания» протон должен быть нестабилен, то есть со временем должен распадаться.

Из-за необычности этого третьего предположения физики в течение 12 лет не воспринимали всерьез эту работу Сахарова. А в 1979 г. появилась так называемая теория великого объединения (Great Unification Theory, GUT), в рамках которой нестабильность протона возникает естественным образом. И тогда вспомнили о Сахарове и справедливо признали этот его приоритет.

В последние десятилетия было организовано несколько экспериментов по поиску распада протона. Для этого в шахтах глубоко под землей (чтобы исключить фон космических лучей) помещают большое количество воды, окружают ее тысячами датчиков и ждут, когда же наконец распадется хотя бы один из мириадов протонов этой воды. Самый масштабный эксперимент такого рода организован в 1995 г. в Японии корпорацией Камиоканде с использованием 50 тысяч тонн воды. Эксперимент длится уже двадцать пять лет и продолжается, но за эти годы ни одного события распада протона зафиксировано не было. Это говорит о том, что время жизни протона заведомо дольше, чем 10³¹ лет.

Попытки обнаружения предсказанного Сахаровым распада протона продолжаются. В случае их успеха это станет одним из величайших открытий в истории науки и познании мира.

3. Индуцированная гравитация

Сахаров (о работе «Вакуумные квантовые флуктуации в искривленном пространстве и теория гравитации», ДАН СССР, т. 177, 1967, с. 70–71):

«Я решил рассмотреть те изменения энергии нулевых колебаний полей элементарных частиц, которые имеют место при переходе от плоского четырехмерного пространства-времени к искривленному, и связать эти изменения энергии с выражениями, входящими в уравнения теории тяготения Эйнштейна. Эйнштейн (и независимо от него Давид Гильберт) постулировали эти выражения, а коэффициент при них – обратно пропорциональный гравитационной постоянной Ньютона – брали из опыта. По моей идее функциональный вид уравнений теории тяготения (т. е. общей теории относительности), а также численная величина гравитационной постоянной – должны следовать из теории элементарных частиц “сами собой”, без каких-либо специальных гипотез.

Зельдович встретил мою идею с восторгом и вскоре сам написал работу, ею инициированную.