У бестселері Дена Брауна «Ангели і демони», який передував його ж «Кодом да Вінчі», дія зосереджена навколо змови невеликої групи екстремістів-«ілюмінатів»; змовники хотіли підірвати Ватикан бомбою з антиречовини, викраденого з ядерної лабораторії CERN недалеко від Женеви. Змовники знають, що результатом зіткнення речовини і антиречовини повинен стати грандіозний вибух, у багато разів потужніший, ніж вибух водневої бомби. І хоча бомба з антиречовини - плід фантазії автора, саме по собі антиречовину цілком реально.

Ефективність атомної бомби, незважаючи на всю її страшну міць, становить всього близько 1%. В енергію, переходить лише крихітна частина маси урану. А ось бомба з антиматерії, якби таку вдалося створити, перетворювала б енергію 100% своєї маси, і тому була б набагато ефективнішою, ніж атомна бомба. (Точніше, в «корисну» вибухову енергію в такій бомбу перетворилося б близько 50% речовини; частина маси була б віднесена в простір майже необнаружимыми часток - нейтрино.)

Довгий час антиречовину перебувало у фокусі суспільного і наукового інтересу. Хоча бомби з антиречовини раніше, не існує, фізики навчилися створювати невеликі порції антиречовини для вивчення за допомогою потужних прискорювачів.
Отримання антиатома і антихимия

На початку XX ст. фізики зрозуміли, що атом складається із заряджених елементарних часток, і електрони (негативно заряджені частинки) звертаються навколо крихітного ядра (що має позитивний заряд). Ядро в свою чергу складається з протонів (носіїв позитивного заряду) і нейтронів (які електрично нейтральні).

На початку 1950-х рр. фізика пережила справжній шок. Пов'язано це було з розумінням того, що для кожної частинки існує парна до неї античастинка - точно така ж частинка, але з протилежним зарядом. Першим був відкритий позитивно заряджений антиэлектрон (отримав назву позитрон). Позитрон у всьому ідентичний електрону, але заряд при цьому має позитивний. (Трек, або слід, позитрона дуже легко побачити в камері Вільсона. У потужному магнітному полі пролітають позитрони відхиляються в протилежному напрямку по відношенню до обьиным електронам. Ще в школі я фотографував подібні треки антиречовини.)

У 1955 р. на прискорювачі часток Університету Каліфорнії в Берклі - «Беватроне» - був отриманий перший антипротон. Як і очікувалося, він виявився повністю ідентичний протону, за винятком того, що заряджений негативно. Це означає, що в принципі можна створити антиатом (де навколо антипротонного ядра будуть звертатися позитрони). Більше того, теоретично можливе існування всіх антиэлементов, антихимии, антилюдей, антиземель і навіть антивселенных.

До теперішнього моменту вченим вдалося створити крихітні порції антиводню на гігантському прискорювачі в CERN і в Лабораторії імені Фермі неподалік від Чикаго. (Для цього пучок високоенергетичних протонів за допомогою потужного прискорювача направляють на мішень, створюючи таким чином безладний потік осколків атомів. Потужні магніти виділяють з цього потоку антипротоны, які потім уповільнюють до дуже низьких швидкостей і потім піддають дії позитронів, які природним чином випромінює натрій-22. Якщо позитрон, він же антиэлектрон, починає обертатися навколо антипротона, виникає атом антиводню - адже атом водню складається з одного протона й одного електрона.) У чистому вакуумі такі антиатоми можуть існувати вічно. Але стінки зроблені зі звичайного речовини, так і домішок уникнути неможливо, так що рано чи пізно антиатоми стикаються з звичайними атомами і анігілюють з вивільненням енергії.

У 1995 р. CERN викликав справжню сенсацію - оголосив про створення дев'яти атомів антиводню. В принципі ніщо, крім, зрозуміло, вкрай високої ціни - не заважає нам створювати атоми більш важких антиэлементов. Будь-яка держава збанкрутувало б, зробивши кілька десятків грамів антиатомов. В даний час рівень виробництва антиречовини у світі становить від однієї мільярдної до однієї десятимиллиардной грама в рік. До 2020 р. ця кількість, можливо, потроїться. Економічна сторона виробництва антиречовини виглядає вельми непривабливо. В 2004 р. дещо трильйонних грама антиречовини обійшлася CERN в 20 млн дол. При таких темпах виробництво 1 р антиречовини варто було б сто квадрильйонів доларів і зайняло б 100 млрд років безперервної роботи фабрики! Це робить антиречовину найдорожчим продуктом на світі.

«Якщо б ми могли зібрати все, зроблене нами антиречовину і анігілювати його з речовиною, - йдеться в заяві CERN, - ми отримали б достатньо енергії, щоб одна електрична лампочка могла горіти кілька хвилин».

Звертатися з антиречовиною надзвичайно складно-адже будь-який контакт речовини і антиречовини породжує вибух. Помістити антиречовину у звичайний контейнер рівнозначно самогубству - як тільки вона стикнеться зі стінками, станеться вибух. Взагалі, як можна звертатися з такою чутливою субстанцією? Єдиний спосіб - попередньо іонізувати антиречовину, перетворивши його в іонний газ, а потім надійно замкнути в «магнітну пляшку», де магнітне поле не дасть йому стикнутися зі стінками.

Якщо ми хочемо побудувати двигун на антиречовину, нам потрібно буде забезпечити постійну подачу його в робочу камеру; там антиречовину буде акуратно входити в зіткнення з речовиною, народжуючи керований вибух - приблизно такий же, який відбувається в ракеті з хімічним двигуном. Іони, що виникли в процесі вибуху, потім викидатися через сопло двигуна, надаючи ракеті поступальний рух. Двигун на антиречовину досить ефективно перетворює матерію в енергію, тому теоретично це самий спокусливий тип двигуна для зорельотів майбутнього. У серіалі «Зоряний шлях» джерелом енергії зорельота «Ентерпрайз» є антиречовину; в його двигунах постійно відбувається керована зустріч речовини з антиречовиною.
Реактивний двигун на антиречовину

Фізик Джеральд Сміт з Університету штату Пенсільванія - один з самих ярих прихильників кораблів на антиречовину. Він вважає, що, не заглядаючи далеко вперед, всього лише 4 мг позитронів буде достатньо, щоб доставити корабель з відповідним двигуном на Марс всього за кілька тижнів. Сміт зазначає, що антиречовина здатна вивільнити приблизно в мільярд разів більше енергії, ніж звичайне ракетне паливо.

Першим ділом при виробництві палива-антиречовини повинно стати отримання на прискорювачі часток потоку антипротонів і «складування» їх в пастки Пеннінга, яку розробляє зараз Сміт. Передбачається, що готова пастка Пеннінга буде важити 100 кг (більшу частину з яких повинні складати рідкий азот і гелій) і зможе вмістити близько трильйона антипротонів, утримуючи їх в магнітному полі. (При дуже низьких температурах довжина хвилі антипротонів в кілька разів більше довжини хвилі атомів, з яких складається стінка контейнера, тому антипротоны в більшості випадків будуть відбиватися від стінки без анігіляції.) Сміт стверджує, що антипротоны в пастки Пеннінга можна буде зберігати близько п'яти діб (до використання, тобто до змішування з звичайними атомами і анігіляції). Очікується, що його пастка вмістить приблизно одну мільярдну грама антипротонів. Мета Сміта - створити пастки Пеннінга, здатну утримувати до 1 мкг, тобто до однієї мільйонної частки грама, антипротонів.

Хоча антиречовину продовжує залишатися самою коштовною субстанцією на Землі, його ціна рік від року різко падає (за сьогоднішніми цінами грам антиречовини коштував би приблизно 62,5 трлн дол.). У Лабораторії імені Фермі під Чикаго будується новий інжектор частинок, який повинен збільшити виробництво антиречовини в лабораторії в десять разів, з 1,5 до 15 нг в рік, що теж повинно суттєво знизити ціни. Тим не менш Гарольд Герриш з NASA вважає, що з подальшим удосконаленням технології ціна цілком може знизитися до 5000 дол. за мікрограмів. Доктор Стівен Хау з компанії Synergistic Technologies в Лос-Аламосі (штат Нью-Мексико, стверджує: «Наша мета - перевести антиречовину з недосяжною сфери наукової фантастики в відкриту для комерційного використання сферу транспортних і медичних додатків».

Досі для отримання антипротонів використовуються прискорювачі, які розроблялися свого часу як інструменти для наукових досліджень, а не як фабрики по виробництву антиречовини; тому вони, природно, дуже неефективні. Саме тому Сміт мріє про будівництво нового прискорювача частинок, спеціально розробленого для виробництва значної кількості антипротонів; поява такої спеціалізованої фабрики відразу знизило б ціну.

Сміт мріє про те, що коли-небудь, коли подальші технічні удосконалення і масове виробництво допоможуть знизити її ще сильніше, ракети на антиречовину стануть робочими конячками міжпланетного та міжзоряного повідомлення. Поки ж їх проекти залишаються тільки на папері.
Природне антиречовину

Якщо антиречовину так складно отримати в земних умовах, то, може, легше виявити в космосі? На жаль, пошуки антиречовини у Всесвіті, на превеликий подив фізиків, майже не дали результатів. Важко об'яснить, чому наш Всесвіт складається переважно з речовини, а не з антиречовини. Здавалося б, логично.предшложить, що при народженні Всесвіту речовина і антиречовину виникли в рівних, симетричних кількостях. Тому так вражає майже цілковита відсутність антиречовини.

Найбільш ймовірний відповідь на це питання першим сформулював Андрій Сахаров, людина, що розробив в 1950-х років для Радянського Союзу водневу бомбу. Сахаров міркував так: на початку Всесвіту, під час Великого вибуху, виникла легка асиметрія в кількості речовини і антиречовини, причиною якої стало так зване порушення зарядовим і парної симетрії (СР-симетрії). В даний час це явище - предмет найбільш інтенсивних досліджень. В кінцевому підсумку, міркував Цукрів, всі атоми нашої сьогоднішньої Всесвіту являють собою залишки майже повної взаємної анігіляції матерії і антиматерії; це взаємне космічне знищення послідувало за Великим вибухом. Лише крихітна несиметрична частина речовини утворила залишок, з якого і сформувалася сьогоднішня видима Всесвіт. Всі атоми наших тіл - залишки титанічного зіткнення речовини і антиречовини.

Ця теорія припускає існування невеликих кількостей антиречовини, що виник природним чином. Якщо нам вдасться виявити його запаси, вартість виробництва палива для двигунів на антиречовину різко впаде. В принципі шукати «поклади» природного антиречовини має бути нескладно. Коли електрон зустрічається з позитронів, обидва анігілюють, випромінюючи при цьому гамма-кванти з енергією 1,02 Мев або вище. Тому, просканувавши небо в пошуках гамма-променів з такою енергією, можна безпомилково відшукати сліди присутності природного антиречовини.

У самому справі, доктор Вільям Перселл з Північно-Західного університету виявив «фонтани» антиречовини в галактиці Чумацький Шлях, неподалік від її центру. По всій видимості, там є потік антиречовини, який при зіткненні з звичайним воднем породжує характерне гамма-випромінювання з енергією 1,02 Мев. Якщо цей потік має природне походження, то, можливо, у Всесвіті існують і інші «кишені» антиречовини, яке не було знищено під час Великого вибуху.

Для більш систематичних пошуків антиречовини природного походження в 2006 р. на орбіту був виведений супутник PAMELA, розроблений спільними зусиллями Росії, Італії, Німеччини і Швеції і призначений для пошуків збережених ділянок антиречовини. Попередні спроби такого роду обмежувалися використанням висотних аеростатів та шатлів, тобто збір даних тривав не більше тижня. PAMELA ж буде працювати на орбіті принаймні три роки. «Це найкращий детектор з усіх, що були досі, і ми будемо користуватися ним довгий час», - говорить учасник проекту Пьерджорджо Пикоцца з Римського університету.

Прилад розроблений для реєстрації космічних променів як від звичайних джерел, таких як наднові, так і від несподіваних і незвичайних, таких як зірки, що повністю складаються з антиречовини. Кажучи більш конкретно, PAMELA буде шукати слід антигелия, який може виникати в надрах антизвезд. Сьогодні більшість фізиків впевнені, що в результаті Великого вибуху речовина і антиречовину у Всесвіті буде майже повністю, як і припустив у свій час Цукрів, але прилад PAMELA буде працювати, виходячи з іншого припущення - що в цій анігіляції не брали участь цілі області Всесвіту з переважанням антиречовини, де воно і сьогодні існує у вигляді антизвезд.

Якщо антиречовину в невеликих кількостях є у відкритому космосі, то не виключено, що можна буде «збирати» його і використовувати в якості палива для зорельотів. Інститут перспективних концепцій NASA досить серйозно сприймає ідею збору антиречовини в космосі, про що свідчить нещодавно виданий грант на пілотний проект по вивченню цієї ідеї. «Простіше кажучи, вам потрібно створити мережу на зразок рибальської», - говорить Джеральд Джексон з компанії НЬаг Technologies, що приймає в цьому проекті активну участь.

Основою передбачуваного пристрою для збору антиречовини служать три концентричні сфери, виготовлені з дротяної сітки. Зовнішня сфера діаметром 16 км повинна бути позитивно заряджена; вона буде відштовхувати позитивно заряджені протони, але притягувати негативно заряджені антипротоны. Антипротоны, що пройшли через першу сферу, будуть сповільнюватися, проходячи через другу, і зупинятися на підході до внутрішньої сфери діаметром 100 м. Там антипротоны будуть захоплюватися магнітним полем і змішуватися з позитронами для отримання антиводню.

Згідно з оцінкою Джексона, керована анігіляція речовини і антиречовини всередині космічного корабля могла б довести його під сонячним вітрилом до Плутона при витраті всього лише в 30 мг антиречовини. Щоб долетіти до Альфи Центавра, звездолету, за цими ж розрахунками, знадобиться 17 р антиречовини. У той же час Джексон стверджує, що між орбітами Венери і Марса може бути до 80 г антиречовини, яке теоретично можна зібрати за допомогою такого космічного зонда. Однак, беручи до уваги технічні проблеми і вартість запуску гігантського складальника антиречовини, можна припустити, що цей проект буде реалізований не раніше кінця XXI ст., а то й пізніше.

Деякі вчені мріють отримати антиречовину з астероїда, вільно дрейфує у відкритому космосі. (У серії коміксів «Флеш Гордон» колись фігурував летить по космосу зловісний астероїд з антиречовини, здатний при зустрічі з будь-якою планетою викликати страхітливий вибух.)

Якщо антиречовини природного походження в космосі не знайдеться, нам доведеться чекати кілька десятиліть, а то й століть, перш ніж ми на Землі зможемо налагодити виробництво істотних його кількостей. Але якщо припустити, що технічні проблеми виробництва антиречовини вирішувані, ймовірність того, що коли-небудь кораблі з двигунами на антиречовину помчат нас до зірок, залишається значною.

Враховуючи все, що нам на сьогоднішній день відомо про антиречовину, і припускаючи подальший розвиток пов'язаної з ним технології, я б визначив ракетні кораблі на антиречовину як неможливість I класу.
Першовідкривач антиречовини

Що таке антиречовину? Видається дивним, що природа без всяких видимих причин подвоїла число елементарних частинок у всесвіті. Як правило, природа дуже економна - але щодо пари речовина-антиречовина вона, схоже, повелася вкрай марнотратно. Крім того, виникає ще одне питання: якщо існує антиречовину, може бути, існують і антивселенные?

Щоб пошукати відповіді на ці запитання, нам доведеться розібратися в історії самого антиречовини. Відкриття його відноситься ще до 1928 р., до новаторських робіт Поля Дірака, одного з найбільш блискучих фізиків двадцятого століття. Він обіймав лукасовскую кафедру в Кембриджському університеті - ту саму, яку в свій час займав Ньютон і яку в даний час займає Стівен Хокінг. Дірак народився у 1902 р. він був молодою людиною, високим і жилавим, коли у 1925 р. вибухнула квантова революція. У цей момент Дірак вивчав електротехніку, але хвиля інтересу, розбудженого новою теорією, захопила його і назавжди змінила його життя.

Квантова теорія базується на уявленні про те, що частку начебто електрона можна описати не тільки як точковий об'єкт, але й як певну хвилю, що відповідає знаменитому хвильовому рівнянню Шре'дингера. (Хвильова функція представляє ймовірність знаходження частинки в конкретній точці.)

Але Дірак швидко зрозумів, що рівняння Шредінгера має серйозний недолік. Воно описує тільки повільно рухаються електрони. На більш високих швидкостях рівняння перестає діяти, так як не підкоряється законам відносності Альберта Ейнштейна - а адже саме ці закони описують поведінку об'єктів на високих, близькосвітлових швидкостей.

Юному Дираку відразу захотілося так переформулювати рівняння Шредінгера, щоб спробувати включити в нього і закони теорії відносності. У 1928 р. молодий вчений запропонував свій варіант рівняння Шредінгера - досить радикальну його модифікацію, яка повною мірою відповідала теорії відносності Ейнштейна. Науковий світ був приголомшений. Дірак відшукав своє знамените релятивістське рівняння для електрона шляхом чисто математичних маніпуляцій з вищими математичними об'єктами, відомими як спиноры. Раптово математична дивина виявилася центральною фігурою у всій Всесвіту. [До Дірака багато фізики були переконані, що великі відкриття у фізиці повинні стояти на міцній базі експериментальних даних, але Дірак вибрав протилежну стратегію. Для нього чиста математика - якщо, звичайно, вона була досить красива - служила дороговказом на шляху до великих відкриттів. Він писав: «Краса рівнянь важливіше, ніж їх відповідність експериментальним даним... видається, що якщо прагнеш отримати в рівняннях красу і маєш здорової інтуїцією, то ти на вірному шляху».)

Працюючи над новим рівняння для електрона, Дірак виявив, що прославлене рівняння Ейнштейна E = mc2, не зовсім вірно. Це рівняння вірно лише частково, незважаючи на те, що його можна побачити всюди: на рекламах Медісон-авеню і на дитячих футболках, в мультиках і на костюмах супергероїв. Правильне рівняння виглядає так: Е = ±mc2. (Мінус виникає тому, що в процесі виведення нам доводиться брати квадратний корінь з певної величини. А операція взяття квадратного кореня завжди привносить у вираз невизначеність у знаку.)

Але фізики не виносять негативної енергії. У фізиці існує аксіома, відповідно до якої об'єкти завжди прагнуть до стану з мінімальною енергією (саме тому вода завжди прагне до мінімального рівню, рівню моря). А якщо матерія завжди прагне до стану з мінімальною енергією, то перспектива появи негативної енергії загрожує воістину катастрофічними наслідками. Присутність у Всесвіті негативних енергій означало б, що всі електрони з часом проваляться до нескінченним негативних енергій - а це, в свою чергу, означало б, що теорія Дірака нестабільна. Намагаючись уникнути цього, Дірак винайшов концепцію «моря Дірака». Він припустив, що всі стани з негативними енергіями вже зайняті, тому електрон ніяк не може туди провалитися. Отже, Всесвіт стабільна. Крім того, іноді гамма-квант, випадково зіткнувшись з електроном, що перебувають у стані з негативною енергією, виштовхує його «наверх», в стан з позитивною енергією. Тоді ми бачимо, як гамма-квант перетворюється на електрон, а в море Дірака виникає дірка. Ця дірка повинна вести себе як бульбашка у вакуумі: володіти позитивним зарядом і масою, рівній масі початкового електрона. Іншими словами, дірка повинна вести себе як антиэлектрон. Інакше кажучи, в цій картині світу антиречовину складається з «бульбашок» в море Дірака.

Всього через кілька років після цього разючого передбачення Карл Андерсон дійсно виявив антиэлектрон, і в 1933 р. Дірак отримав за своє пророцтво Нобелівську премію.

Іншими словами, антиречовина існує тому, що рівняння Дірака має два варіанти рішень - одне для речовини, інше для антиречовини. (А це, в свою чергу, є наслідок спеціальної теорії відносності.)

Рівняння Дірака передбачає не тільки існування антиречовини; воно передбачає також існування електрона «спина». Елементарні частинки можуть обертатися подібно вовчка. Спін електрона, наприклад, дуже важливий для розуміння поведінки електронів в транзисторах і напівпровідниках, які складають основу сучасної електроніки.

Стівен Хокінг шкодує, що Дірак не запатентував свій рівняння. Він пише: «Дірак зробив би стан, якщо б запатентував рівняння Дірака. Він отримував би авторський відсоток з кожного телевізора, плеєра, відеоігри або комп'ютера».

Сьогодні знамените рівняння Дірака вибиті на камені Вестмінстерського абатства, недалеко від могили Ісаака Ньютона. Це, мабуть, єдине рівняння в світі, удостоєне такої виняткової честі.
Дірак і Ньютон

Намагаючись зрозуміти, як саме Дірак прийшов до свого революційного рівнянню і концепції антиречовини, історики науки часто порівнюють його з Ньютоном. Цікаво, що у Ньютона і Дірака дійсно є чимало схожих рис. Обидва вони працювали в Кембриджському університеті і своє головне відкриття зробили в 20 років з невеликим; обидва чудово володіли математикою. Крім того, у них була ще одна спільна риса: повне, доходить до патології, відсутність соціальних навичок. Обидва славилися своєю нездатністю підтримувати світську бесіду і взагалі вести себе в суспільстві. Дірак був болісно сором'язливий; він ніколи нічого не говорив, поки його не питали, так і на питання відповідав лише «так», «ні» або «не знаю».

Мало того, Дірак був надзвичайно скромний і ненавидів всіляку публічність. Коли йому дали Нобелівську премію з фізики, він серйозно думав, чи не відмовитися - тільки через неминучою популярності і пов'язаного з цим занепокоєння. Але, коли йому вказали, що відмова від Нобелівської премії принесе йому ще більшу популярність, він вирішив прийняти нагороду.

Про ексцентричність Ньютона написано чимало праць; гіпотези висувалися найрізноманітніші: від отруєння парами ртуті до душевної хвороби. Але нещодавно кембриджський психолог Саймон Берон-Коен висунув нову теорію, яка могла б пояснити дивацтва одночасно і Дірака, і Ньютона.

Берон-Коен стверджує, що обидва вони, ймовірно, страждали від синдрому Аспергера, схожого з аутизмом - цією хворобою страждав геніальний божевільний у фільмі «Людина дощу». Люди, які страждають синдромом Аспергера, надзвичайно замкнуті, не вміють тримати себе в суспільстві і іноді володіють неабиякими математичними здібностями; на відміну від хворих аутизмом, вони все-таки здатні жити і працювати серед людей. Якщо ця теорія вірна, то чудові обчислювальні здібності Ньютона і Дірака, можливо, дорого їм дісталися, адже вони міцно відгородили обох від решти людства.
Антигравітація і антивселенные

Теорія Дірака допомагає отримати відповіді на безліч запитань. Що виступає в ролі гравітації в світі антиречовини? Чи існують антивселенные?

Як ми вже обговорювали, античастки мають протилежний заряд по відношенню до звичайних частинок. При цьому можна сказати, що частинки, які не мають зарядом зовсім (такі, як фотон, частинка світла, або гравітон, частка гравітації), можуть служити античастицами самим собі. Отже, що гравітація - сама собі антиматерія; іншими словами, гравітація і антигравітація - одне і те ж. Тому антиречовину під дією гравітації буде, як і речовина, падати вниз, а не вгору. (Тут все фізики єдині в думці, але в лабораторії цей факт ніколи не перевірявся.)

Теорія Дірака відповідає і на більш глибинні питання. Чому природа допускає існування антиречовини? Чи випливає з цього існування антивселенных?

У деяких науково-фантастичних творах герой виявляє в космосі землеподобную планету. Мало того, нова планета виявляється у всьому подібної Землі, за винятком того, що складається з антиречовини. У кожного з нас на цій планеті є двійник; антилюди зі своїми антидетьми живуть у тамтешніх антигородах. Оскільки закони антихимии повністю відповідають законам хімії, не рахуючи протилежності всіх зарядів, люди цього світу не в змозі зрозуміти, що складаються з антиречовини. (Фізики називають таку всесвіт всесвіту з протилежним зарядом, оскільки всі заряди в ній мають протилежний знак, а все інше точно таке ж, як у нас.)

В інших науково-фантастичних сюжетах вчені відкривають у відкритому космосі планету-близнюк Землі, тільки дзеркальну; ліво і право там повністю помінялися місцями. Серця у людей розташовані праворуч, а лівшів значно більше, ніж правші. Тамтешні мешканці проживають свій вік, не підозрюючи, що живуть в дзеркально переверненим всесвіту. (Фізики називають таку всесвіт дзеркальною, або всесвіту із зворотного парністю.)

Можуть існувати в дійсності дзеркальні всесвіти або всесвіти з антиречовини? Взагалі, фізики дуже серйозно ставляться до питання про всесвітів-двійників, адже рівняння Ньютона і Ейнштейна залишаться тими ж, якщо просто поміняти знак заряду у всіх елементарних частинок або поміняти місцями ліво і право. Виходячи з цього, і дзеркальні всесвіти, і всесвіти з антиречовини в принципі можливі.

Нобелівський лауреат Річард Фейнман задав щодо цих всесвітів цікаве питання. Припустімо, що коли-небудь ми зможемо зв'язатися по радіо з мешканцями далекої планети; бачити їх ми не будемо. «Чи ми зможемо пояснити їм по радіо різницю між поняттями "ліво" і "право"?» - питав Фейнман. Якщо закони фізики дозволяють існування дзеркальної всесвіту, то донести до наших радиособеседников ці концепції виявиться неможливо.

Він міркував таким чином. Деякі речі пояснити легко - це відноситься, наприклад, до форми нашого тіла, кількістю у нас пальців, ніг і рук. Ми зможемо навіть пояснити інопланетянам закони хімії та біології. Але варто нам спробувати пояснити їм поняття «ліво» і «право» (або «за годинниковою стрілкою і проти годинникової стрілки»), у нас нічого не вийде. Ми ніколи не зможемо пояснити, що серце у нас знаходиться ліворуч, в якому напрямку обертається Земля або закручується спіраль молекули ДНК.

Учені випробували справжнє потрясіння, коли Ч. Янг і Ц., які працювали у той час в Колумбійському університеті, довели, що ця чудова теорема невірна. Дослідивши природу елементарних частинок, вони зуміли показати, що дзеркальна всесвіт існувати не може. Дізнавшись про це революційному результаті, один фізик сказав: «Господь, мабуть, зробив помилку». За цей результат, потрясла основи фізики і отримав назву «недотримання парності», Янг і Чи отримали в 1957 р. Нобелівську премію з фізики.

Для Фейнмана цей результат означав, що якщо налагодити радіозв'язок з інопланетянами, то можна домовитися про якийсь експеримент, який дозволив би визначити один для одного різницю між правою і лівою всесвітами. (Наприклад, радіоактивний кобальт-60 випромінює електрони з правим і лівим спіном не в рівних кількостях; один з напрямків обертання є кращим, і парність, таким чином, порушується.)

Фейнман уявив собі, як буде проходити історична зустріч між землянами і представниками іншої цивілізації. Ми попросимо інопланетян протягнути при першій зустрічі праву руку і обміняємося рукостисканнями. Якщо чужі дійсно протягнуть нам праву руку, ми зрозуміємо, що зуміли пояснити їм, що таке «право-ліво» і «за годинниковою стрілкою або проти».

Але потім Фейнман поставив непросте питання. А що, якщо чужинці протягнуть нам ліву руку замість правої? Це буде означати, що ми зробили фатальну помилку і не змогли зрозуміло пояснити, що таке «ліво» і «право». Гірше того, це буде означати, що чужі насправді складаються з антиречовини, а тому вони провели експерименти задом наперед і отримали «ліво» і «право» навпаки. І тоді це буде означати, що при спробі потиснути один одному руки всі ми вибухнемо!

Такими були наші уявлення до 1960-х рр. Деякий час вважалося, що неможливо відрізнити нашу Всесвіт від іншого всесвіту, яка складалася б з антиречовини з протилежного парністю. Якщо поміняти одночасно і парність, і заряд, то отримана всесвіт буде підкорятися все тим же законам природи, що і наша. Так, парність сама по собі була спростована, але разом заряд і парність давали цілком симетричну всесвіт. Так що всесвіт, симетрична нашої одночасно по заряду і парності РСР-симетрична), начебто залишалася можливою.

Це означало, що ми, розмовляючи з інопланетянами по телефону, ніколи не змогли б пояснити їм різницю між звичайною всесвіту і всесвіту «перевернутої» щодо заряду і парності (такий, де ліво і право помінялися місцями, а все речовина перетворилося в антиречовина).

І ось в 1964 р. фізики зазнали другий шок: СР-симетрична всесвіт (симетрична нашої зарядом і парності) теж виявилася неможливою! Дослідження властивостей елементарних частинок дозволить навіть в такій всесвіту розрізнити право і ліво, напрямку за годинниковою стрілкою і проти. За цей результат у 1980 р. Джеймсу Кроніна і Валу Фитчу була присуджена Нобелівська премія.

(Багато фізики засмутилися, коли з'ясувалося, що СР-симетрична всесвіт суперечить законам фізики, але заднім числом можна стверджувати, що саме по собі це добре; ми вже обговорювали це. Якби СР-перевернута всесвіт мала право на існування, то в початковий Великий вибух були б залучені в точності однакові кількості речовини і антиречовини, які потім буде на 100%, і ніяких атомів не виникло б взагалі! Той факт, що ми існуємо як залишок від анігіляції нерівних кількостей речовини і антиречовини, сам по собі є доказом порушення СР-симетрії.)

Взагалі, чи можуть існувати які-небудь антивселенные, симетричні нашої по одному або декільком параметрам? На це питання слід дати позитивну відповідь. Хоча симетричні по парності і по заряду всесвіти неможливі в принципі антивселенные мають право на існування; правда, це буде дуже дивна симетрія. Якщо поміняти на протилежні не тільки знак заряду і парність, але і напрямок ходу часу, то всесвіт, яка у нас вийде, буде підпорядковуватися всім законам фізики. Таким чином виходить, що можна СРТ-симетричні всесвіти.

Звернення часу - досить вигадливий вид симетрії. В Т-симетричної всесвіту яєчня зістрибує з тарілки, збирається воєдино на сковороді, а потім розбігається назад по яйцях і запечатує за собою шкаралупу. Мрець встає з могили, молодіє, стає немовлям і застрибує в черево матері.

Здоровий глузд говорить нам, що така всесвіт неможлива. Але математичні рівняння елементарних частинок стверджують зворотне. Закони Ньютона чудово виконуються - хоч вперед по часу, хоч назад. Уявіть собі відеозапис більярдної партії. Кожне зіткнення куль підпорядковується ньютоновым законам руху. Якщо ми прокрутимо запис в зворотному напрямку, гра буде виглядати дивно, - але закони Ньютона допускають і такий порядок речей.

У квантовій теорії все складніше. Звернення часу саме по собі порушує закони квантової механіки, але повністю СРТ-симетрична всесвіт (іншими словами, така всесвіт, де одночасно змінені знак заряду, парність і напрямок ходу часу) нічому не суперечить. Це означає, що всесвіт, де ліво і право помінялися місцями, речовина перетворилося на антиречовину, а час іде задом наперед, з точки зору законів фізики виглядає абсолютно нормально!

(Цікаво відзначити, що ми ніяк не можемо зв'язатися з СРТ-перевернутим світом. Якщо час на планеті тече в зворотному напрямку, все, що ми передамо по радіо, стане частиною їхнього майбутнього, а значить, буде забуто одразу ж по отриманні сигналу. Тому, хоча сама по собі СРТ-симетрична всесвіт має право на існування, зв'язатися з нею по радіо неможливо.)

Підведемо підсумки. Можливо, у далекому майбутньому двигун на антиречовину дасть нам реальну можливість побудувати зореліт-звичайно, якщо ми знайдемо спосіб виготовити на Землі або зібрати у відкритому космосі достатню кількість антиречовини. Порушення СР-симетрії обумовлює легкий дисбаланс між речовиною і антиречовиною; можливо, завдяки цьому у Всесвіті існують досі скупчення, або «кишені», антиречовини, яке коли-небудь можна буде збирати.

Але оскільки розробка двигуна на антиречовину зіткнеться з серйозними технічними труднощами, на їх подолання може піти років сто чи навіть більше. Це змушує віднести двигун на антиречовину до I класу неможливості.

Але давайте розберемося тепер з іншим питанням. Чи - хоча б через кілька тисяч років - створені сверхсветовие зорельоти? Чи можна обійти відому аксіому Ейнштейна, яка говорить, що ніщо не може рухатися швидше світла? Відповідь, як не дивно, повинен бути однозначно позитивним.