Почему все так носятся с антиматерией и можно ли ее применить хоть в каких-то практических целях
Современная фантастическая литература довольно вольно обходится с физикой, антивещество в ней - обыденное явление, позволяющее не только разрушать планетарные системы, но и преодолевать пространство и время. Но что такое антиматерия, чем мы обязаны её появлению и как её можно применить в практической деятельности человека?
антиматерия
Будем разбираться.
История и теория
Вторая половина позапрошлого века стала эпохой, когда исследователи со всего мира пытались сформировать общие теоретические правила устройства материи. Тогда наиболее ходовой была концепция эфира, которая гласила: есть мелкие частицы, наполняющие всё и служащие для передачи всех взаимодействий, доступных наблюдению человека.
Аннигиляция антиматерии
Для объяснения этих идей была выдвинута гипотеза, согласно которой эфир - это продукт четвёртого измерения, выходящего за границы трёхмерного мира. Что это за измерение и как туда попасть, теоретики сказать не смогли, зато на полях научной дискуссии родилась идея антиматерии - частиц с аналогичными обычным характеристиками, но с отрицательным знаком.
В развитие теории выступил англичанин Шустер, который выдвинул идею глобальной симметрии, предположив, что наряду с несущим отрицательный заряд электроном должны существовать античастицы с положительным зарядом. Пара опубликованных работ гласила, что из такого вещества могут состоять некоторые объекты в космосе, а также вводила в оборот аннигиляцию - уничтожение при контакте антивеществ и веществ.
Аннигиляция антивещества
Научное сообщество сначала восприняло идеи скептически, но вскоре выяснилось, что всё не так однозначно. Начало XX столетия увенчалось тупиком в физическом мире - теории эфира не смогли подтвердить экспериментально.
На помощь пришла квантовая физика, а параллельно стали формироваться теория относительности и другие занятные штуки, описывающие изменения пространства и времени в нестандартных условиях. Появились уравнения на смычке двух механик, но решение было парадоксальным.
Море Дирака
Разрешить этот парадокс взялся англичанин Поль Дирак. Он предложил модель, позволяющую описать природу квантового поля скучным языком формул. Случилось это в 1927 году, а спустя 6 лет теория принесла ему Нобелевку по физике.
Жизнь физиков, правда, легче не стала, поставив новые вопросы в части согласования формул и соотношения вещества и антивещества. Для объяснения парадокса была предложена гипотеза, описывающая вакуум и получившая название «море Дирака».
Эта модель подразумевает, что весь мир заполнен не поддающимися наблюдению электронами, которые под воздействием энергоимпульсов переходят из одного состояния в другое, меняя знак. Когда электроны с разным зарядом сталкиваются и происходит аннигиляция, электрон вновь меняет знак.
На тот момент Дирак предположил, что из трёх известных частиц атома - фотона, электрона и протона - протон и есть антиэлектрон. Но учёные отнеслись к идее скептически, а затем и вовсе стали насмехаться. Вскоре стало понятно, что протон не подходит. Тогда Дирак стал искать новую частицу с противоположным зарядом, а для экспериментов стали использовать высокий вакуум и гамма-излучение.
Он назвал её позитроном. Вскоре такую частицу получили, а в 1929 году физик из СССР Дмитрий Скобельцын обнаружил частицу, аналогичную электрону, но имеющую обратный заряд. К сожалению, теория Дирака была недоступна в СССР, поэтому объяснить явление не вышло. Первооткрывателем стал американец Андерсен, зарегистрировав частицы в 1932 году, а в 1934 Ирен и Фредерико Жолио-Кюри выявили позитроны, которые появлялись в результате распада изотопов радиоактивных элементов.
Предстояло открыть ещё антинейтроны и антипротоны. Это удалось сделать лишь в 50-60-хх годах в Беркли и Европейском ядерном исследовательском центре соответственно. Таким образом, чисто бумажная теория получила эмпирическое подтверждение, антивещество из фантазий стало реальностью, а мечты о планетах и звёздах из антиматерии стали казаться вполне реальными.
Американец (эмигрировал из СССР) Рожанский стал строить гипотезы в этой сфере ещё в 40-х; он утверждал, что во Вселенной полно антиматерии, но в Солнечной системе его маловато, всё было уничтожено на этапе формирования планет. Зато кометы, метеориты и другие «гулящие» космические тела, испускающие тепловое и гамма-излучение при движении, наверняка полны антивещества.
Новая жизнь антиматерии
В итоге статья Рожанского под названием «Гипотеза о существовании неземной материи» попалась фантасту и редактору профильного журнала Джону Кэмпбеллу. Он решил предложить авторам свежую идейку с охотой за антивеществом.
Хайнлайн отказался, зато Уилл Стюарт в 1942 году выпустил «Орбиту столкновения» - рассказ про инженера, который научился управлять астероидами из антиматерии при помощи электромагнитов. Впоследствии появился целый цикл произведений, из которых одно - «Неземельный удар» - было переведено на русский под названием «Судьба астероида».
Двигатель на антиматерии
Благодаря Кэмбеллу и Уиллу Стюарту тема антивещества прочно вошла в фантастику. К примеру, на этом топливе летал знаменитый «Энтерпрайз» из саги «Стар Трек», а во вселенной Звёздных войн он антиматерия применялась как оружие.
Гипотетические измышления Рожанского получили куда большую популярность в мире литературы. В некоторых литературных произведениях из теории её сделали аксиомой, имеющей значительные последствия.
В одной польской книге описывается контакт с инопланетной расой, состоящей из антиматерии; другой автор, родом из СССР, в книге «Час быка» описывал мир, состоящий из антивещества, как черное инфернальное пространство, непригодное для жизни.
Аннигилятор как оружие
Литература знает примеры пророческих текстов. К примеру, Олаф Стэплдон в 1930 в книге «Последние и первые люди: история ближнего и далёкого будущего» описал события, которые произойдут спустя пару миллиардов лет, а также некоторые менее далёкие события истории человека.
К примеру - войну между СССР и Третьим Рейхом - притом за три года до прихода нацистов к власти. В книге встречается оружие, которое может менять вещество на антивещество. Европейцы используют её для противодействия американской авиации, а взамен США уничтожают Старый Свет при помощи химического оружия. Лишь тысячелетия спустя секрет антиматерии открывают вновь, на сей раз - используя его для создания мощных двигателей для полётов между планетами.
Бомба из антиматерии
Наиболее известное произведение, где обыгрывается тема оружия на основе антивещества - книга Брауна «Ангелы и демоны», где кардинал похищает толику антиматерии, чтобы шантажировать Папу Римского. После этого физикам даже пришлось выпускать коммюнике и объяснять: такое невозможно, хранить антивещество пока не представляется возможным.
Впрочем, интерес к антителам не ограничивается художественной литературой: Пентагон время от времени задумывается о том, что антиматерия обладает колоссальной разрушительной силой.
Последнее упоминание в более или менее серьёзном ключе относится к 2010 году (тогда предполагалось сделать из антиматерии бомбу), а до того - в 2004, когда в корпус снайперской пули предполагалось поместить несколько тысячных грамма вещества. До практики, по счастью, не дошло.