Материалы ИноСМИ содержат оценки исключительно зарубежных СМИ и не отражают позицию редакции ИноСМИ
Читать inosmi.ru в
Угур Гювен (U？ur Güven)
Понятие "антиматерия" может казаться некой фантасмагорией из научно-фантастического фильма, но на самом деле это одно из наиболее реальных, четко наблюдаемых и экспериментально доказанных явлений природы. В своей простейшей форме антиматерия — это обратный близнец материи: аналогом электрона в антивеществе является позитрон, который имеет положительный заряд; аналогом протона в антивеществе служит антипротон, заряженный отрицательно; аналог нейтрона — антинейтрон.
Впервые теоретически предсказанная Полем Дираком антиматерия стала экспериментально наблюдаемой в 1932 году с открытием Карлом Андерсоном позитрона в космических лучах. Сегодня частицы антивещества производятся в обычном режиме в ускорителях частиц, а позитроны используются для медицинской визуализации в позитронно-эмиссионных томографах. Одним словом, антиматерия — это не фантастика, а реальность природы, которая имеет свое применение даже в наши дни.
Но существуют ли звезды, галактики, состоящие из антивещества? Ответ на этот вопрос не менее интригующий, чем сам феномен антиматерии. Согласно теории Большого взрыва, Вселенная изначально имела невероятно высокую температуру и плотность, а материя и антиматерия должны были образоваться примерно в равных количествах. Однако наши наблюдения показывают, что вся Вселенная в основном состоит из материи. Если бы мы обнаружили галактики, звезды или облака из антивещества, они бы при контакте с материей создавали гамма-всплески с огромным выбросом энергии. Однако до сих пор мы не наблюдали подобных сигналов в космосе.
Следовательно, можно сказать, что крупномасштабная структура Вселенной несимметрична с точки зрения вещества и антивещества. Причина этой "асимметрии", а именно — вопрос о том, почему в ранней Вселенной антивещество исчезло, а материя сохранилась, является одной из величайших космологических загадок, которую физики все еще пытаются разгадать. Если мы сможем приоткрыть эту завесу тайны, то сумеем гораздо глубже понять, как произошел Большой взрыв и как эволюционировала Вселенная.
Вместе с тем антиматерия не исчезла полностью. В некоторых уголках Вселенной могут образовываться частицы антивещества. Например, вблизи черных дыр, на магнитных полях нейтронных звезд или при столкновениях космических лучей образуются позитроны и антипротоны. В космических лучах, достигающих Земли, мы можем измерить частицы антивещества. Но все это кратковременные и редкие процессы. У нас нет никаких доказательств относительно существования количества антиматерии, необходимого для образования таких гигантов, как звезды или галактики из антивещества.
И оружие, и энергия
Значение антиматерии во Вселенной не ограничивается пониманием только этого пробела. Аннигиляция антиматерии и материи является одним из наиболее эффективных способов получения энергии, при котором вся масса преобразуется в чистую энергию. По знаменитой формуле Эйнштейна E=mc2, на один грамм вещества, превращенный в энергию, мы можем получить петаватт мощности. Теоретически при одном грамме антиматерии мы можем создать взрыв, превосходящий в несколько раз по мощности бомбу, сброшенную на Хиросиму. Таким образом, антивещество потенциально может быть как оружием, так и источником энергии.
Однако перед этим стоят огромные практические препятствия. Во-первых, производство антиматерии чрезвычайно дорого и неэффективно. Крупнейшие в мире ускорители частиц производят менее микрограмма антивещества в секунду, а для ее удержания требуются магнитные ловушки, поскольку антиматерия мгновенно аннигилирует при контакте с любой материей. С нашими нынешними технологиями производство антивещества в таком количестве, которое позволило бы использовать его для военных целей, невозможно. Тем не менее оборонная промышленность проводит теоретические исследования на эту тему.
Идея микроядерных взрывов, инициируемых частицами антиматерии, давно интересует Военно-воздушные силы США и Управление перспективных исследовательских проектов Пентагона. Еще более амбициозный сценарий — концепция антиматериальной бомбы: с помощью одного грамма антивещества теоретически можно создать бомбу весом в десятки килотонн. Однако ее практически невозможно производить, хранить, перевозить. Вместе с тем антивещество можно использовать в качестве "триггера": инициирование реакции распада или синтеза с помощью частиц антиматерии породило идею разработки более компактного, "чистого" ядерного оружия. В этой связи антивещество не совсем бесполезно с военной точки зрения, однако опасения по поводу "антиматериальной бомбы" в ближайшем будущем напрасны, исследования продолжаются.
Наряду с этим антивещество уже сегодня используется в мирных целях. В медицине позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) является одним из стандартных методов визуализации для обнаружения опухолей путем регистрации гамма-лучей, испускаемых позитронами. В физике столкновения с частицами антиматерии произвели революцию в нашем понимании фундаментальных взаимодействий. Заглядывая в будущее, можно сказать, что антивещество лежит в основе большинства мечтаний о космических путешествиях. Двигатели на антиматерии, в частности термоядерные двигатели, работающие на антивеществе, или фотонные ракеты, использующие реакцию прямой аннигиляции, теоретически могут обеспечить движение со скоростью, близкой к скорости света.
The National InterestСША
Россия создает космическую ракету многоразового использования на метанеРоссийские возможности в космосе и сейчас велики, пишет The National Interest. А после завершения работ по строительству новой ракеты "Амур-СПГ" Москва лишит Америку ее сегодняшнего преимущества — монополии на использование многоразовых ракет.
15.07.2025
Эти концепции серьезно изучаются Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства США и Европейским космическим агентством. Проблема все та же: производство и хранение антивещества чрезмерно дороги. Однако в будущем, если стоимость производства антиматерии снизится, например, если станет возможным получение этого топлива в космосе путем использования солнечной энергии или собирания антивещества из космических лучей в магнитосфере Юпитера, то корабли на антиматерии могут стать одним из наиболее реалистичных вариантов для межзвездных исследований.
Космический двигатель
Частицы антиматерии математически можно описать как обычные частицы, движущиеся назад во времени. Данная особенность связана с симметрией времени в квантовой теории поля, и некоторые считают, что это подразумевает переход в другое измерение или Вселенную. Частицы антивещества физически находятся в нашем мире в том же пространстве и времени, что и частицы вещества, но движутся с противоположными зарядами и квантовыми числами. Некоторые писатели-фантасты описывают антиматерию как врата в параллельные вселенные, однако до сих пор ни одна физическая теория или экспериментальное наблюдение не подтвердили это.
Вместе с тем антиматерия в силу нарушения симметрии материя — антиматерия (нарушения CP-симметрии) крайне важна в космологии для проверки различных моделей Вселенной. Если бы в различных областях Вселенной образовывался избыток антивещества, космическая структура могла бы иметь совершенно другой порядок. Таким образом, антиматерия — это ключ к ответам на важные вопросы о том, почему Вселенная такая, какая она есть. Физики пытаются измерить малейшие различия между материей и антиматерией с миллиметровой точностью, используя такие детекторы, как LHCb.
В заключение отметим, что антивещество — это одновременно и абсолютно реальное, и чрезвычайно загадочное явление. Да, оно существует. Да, мы можем производить его. Да, мы используем его в медицине и фундаментальной науке. Да, теоретически оно может стать грозным оружием или мощным космическим двигателем. Однако для этого пока нет необходимых технологий и инфраструктуры. Галактики или звезды из антиматерии еще не обнаружены. По крайней мере, на сегодняшний день у нас нет никаких указаний на то, что Вселенная симметрична в отношении вещества и антивещества.
Тем не менее понимание антиматерии — одни из важнейших ключей к разгадке того, почему мы живем во Вселенной, заполненной только материей, как произошел Большой взрыв и что фундаментальные законы физики делают возможным и невозможным. Ученые могут научиться использовать антивещество в качестве оружия или источника энергии, но истинная ценность заключается в ее использовании как инструмента, позволяющего задавать вопросы, понимать природу и расширять границы нашего воображения. По мере развития знаний человечества об антиматерии, возможно, однажды мы сможем с ее помощью путешествовать на околосветовой скорости и достигать звезд. Или, по крайней мере, мы лучше поймем, почему Вселенная такова. И это само по себе революция. К тому же понимание обратной стороны Вселенной поможет нам лучше понять ее лицевую сторону.