Загадка материи: Почему Вселенная не исчезла в огне аннигиляции?
Существует ли научное объяснение тому, почему наша Вселенная существует? Иными словами, что говорит наука о том, почему существует что-либо, а не абсолютная пустота?
Ответ связан с фундаментальным противостоянием. Учёные предполагают, что Вселенная возникла благодаря крошечному дисбалансу между материей и антиматерией. Частицы материи — электроны, протоны и нейтроны, из которых состоят атомы и молекулы, — отличаются от частиц антиматерии, имеющих противоположный электрический заряд, но схожих во многих других свойствах.
Материя и антиматерия несовместимы. При их столкновении происходит аннигиляция — взаимное уничтожение с выбросом энергии в виде гамма-излучения. К счастью, сегодня антиматерия встречается крайне редко. Хотя она сыграла ключевую роль в формировании Вселенной, её почти полное исчезновение остаётся одной из главных загадок космологии.
Антиматерия была предсказана английским физиком Полем Дираком почти столетие назад как часть его революционной работы в области квантовой механики. С 1930-х годов её существование подтверждено экспериментально. Сегодня учёные создают антиматерию в ускорителях частиц, таких как Большой адронный коллайдер.
Однако Дирак предполагал, что материи и антиматерии должно быть поровну. Тот факт, что сейчас во Вселенной доминирует материя (звёзды, галактики и даже мы сами), ставит науку в тупик. Ранее выдвигались гипотезы о существовании «антигалактик» и «антизвёзд», но никаких подтверждений этому не найдено.
«Мы считаем, что после Большого взрыва материя и антиматерия были представлены в равных долях, но почти сразу материя начала преобладать», — объясняет Тара Ширс, физик из Ливерпульского университета. «Для этого должны существовать едва уловимые различия в свойствах материи и антиматерии, которые позволили одной из них победить».
Почему это не решено?
Советский физик Андрей Сахаров в 1967 году предложил условия для объяснения асимметрии:
- Нарушение симметрии между частицами и античастицами (C- и CP-нарушения).
- Отклонение от теплового равновесия в ранней Вселенной.
- Распад сверхтяжёлых частиц, породивших избыток материи.
Хотя C- и CP-нарушения обнаружены в экспериментах (например, в распадах K- и B-мезонов), их масштаб слишком мал, чтобы объяснить наблюдаемое преобладание материи. «Это как найти каплю воды в океане — что-то есть, но недостаточно», — говорит Паскуале Ди Бари, физик из Университета Саутгемптона.
Современные поиски ответов
Учёные исследуют три направления:
- Эксперименты с нейтрино. Эти частицы могут быть «маятниками» между материей и антиматерией. Проекты вроде DUNE (США) и Hyper-Kamiokande (Япония) изучают их свойства.
- Наблюдения за ранней Вселенной. Данные телескопов Джеймс Уэбб и анализ реликтового излучения помогают реконструировать эпоху первых секунд после Большого взрыва.
- Поиск антиматерии в космосе. Детектор AMS-02 на МКС ищет следы антигелия, который мог сохраниться с момента рождения Вселенной.
Что, если антиматерия скрыта?
Некоторые теории предполагают, что антиматерия не исчезла полностью, а образовала «островки» в отдалённых частях космоса. Однако такие структуры должны были бы оставлять следы в виде гамма-всплесков при столкновениях с обычной материей, чего пока не обнаружено.
Парадоксально, но если бы баланс материи и антиматерии был совершенным, Вселенная превратилась бы в пустоту, наполненную излучением. Наше существование — результат «победы» материи на один миллиардную долю. Удастся ли разгадать эту космическую аномалию? Возможно, ответ скрыт в тёмной материи, чьи таинственные свойства переписывают законы физики.
Вселенная существует благодаря нарушению симметрии, которое мы до конца не понимаем. Этот вопрос — не просто научная головоломка, а ключ к познанию фундаментальных законов, объединяющих квантовый мир и космические масштабы.
