6.7. Антивещество во Вселенной и антигалактики

Поскольку элементарные частицы имеют свои античастицы, т.е. наблюдается некая симметрия, то возникает вопрос, важный для космологии: если во Вселенной есть вещество, то может ли там быть и антивещество? А исходя из тех же принципов сим­метрии вопрос можно поставить и так: не следует ли предполо­жить, что вещество и антивещество встречаются во Вселенной в равных количествах, т.е. может быть, есть и антизвезды, и анти­галактики? Как можно отличить антизвезду от звезды? Казалось бы, легко: атомы антиводорода испускают антифотоны, и если мы их обнаружим, то фиксируем тем самым антивещество, их излучающее. Но фотон тождествен своей античастице — анти­фотону, и не существует различия между фотонами, излучаемы­ми атомами водорода и атомами антиводорода. Поэтому элек- тромагитными измерениями нельзя отличить вещество от анти­вещества.

Можно попробовать оценить количество антивещества во Вселенной по энергии аннигиляции при столкновении атомов и антиатомов. Часть этой энергии аннигиляции уносят из Галак­тики фотоны и нейтрино, а другая часть (электроны и позитро­ны) удерживается магнитными полями и остается в ней. Эти частицы, сталкиваясь в дальнейшем с атомами или антиатомами, передают свою энергию межзвездному газу. По оценке средней плотности энергии в межзвездном пространстве Галактики мож­но получить верхний предел концентрации антивещества в межзвездном газе. Он оказался равным крайне малой величине порядка 1(Г⁷ см^-3.

Если бы удалось обнаружить хотя бы одно ядро антигелия, а еще лучше — антиуглерода, то это бы стало серьезным под­тверждением гипотезы о существовании антимира. Однако веро­ятность возникновения антигелия за счет столкновения прото­нов космических лучей с веществом межзвездного газа пренеб­режительно мала, меньше Ю^-11. В то же время если существуют антизвезды, то в них антиводород должен превращаться в анти­гелий, а затем а антиуглерод. К настоящему времени антиядер пока не зарегистрировано, хотя с большой уверенностью отри­цать их присутствие в космическом газе нельзя.

Так как доля антивещества в межзвездном газе не может пре­вышать Ю^-7 см^-3, то звезды нашей Галактики состоят преиму­щественно (а скорее всего, исключительно) из обычного веще­ства. К такому же выводу приводит и оценочный расчет отно­шения числа нуклонов к числу антинуклонов. Оно оказалось равным 10⁸— Ю¹⁰. Последний результат получил название бари- онной асимметрии Вселенной. Из этих оценочных расчетов следует очень важный вывод, что в целом Вселенная изначаль­но с момента БВ была асимметрична, что весьма существенно для физики возникающего и живого. Если же антигалактики предположительно существуют, то должен существовать меха­низм разделения вещества и антивещества в момент БВ, иначе они просто аннигилируют. Такой механизм пока нам не из­вестен.

На основе последних данных показана возможность сущест­вования в нашей Вселенной областей размером порядка 30 кПк, содержащих звездные скопления из антиматерии.

Аннигиляция — это единственный процесс, в котором исче­зают обе начальные частицы и вся их масса полностью перехо­дит, например, в энергию излучения. Никакая другая реакция, используемая в энергетике, таким свойством не обладает. И при делении урана, и в процессах термоядерного синтеза в энергию превращается лишь небольшая часть массы покоя частиц, уча­ствующих в реакции. Расчет энергии, выделяющейся на 1 г топ­лива, показывает, что аннигиляция вещества и антивещества дает 10¹⁴ Дж, деление урана 10¹¹ Дж, сжигание угля 2,9 • 10⁴ Дж. Поэтому аннигиляция антивещества с веществом дает в тысячу раз больше энергии, чем при делении такого же количества урана.

Если бы в нашем распоряжении была небольшая планета из антивещества и если бы мы умели извлечь эту энергию анниги­ляции и перевести ее в электрическую, то все проблемы с энер­гетическим кризисом сразу отпали. Тогда для обеспечения Зем­ли годовым запасом электроэнергии надо отколоть от такой ан­типланеты и подвергнуть аннигиляции кусок антивещества массой всего лишь Ю00 кг. Сравните эти 1000 кг с сотнями мил­лионов тонн угля и нефти, которые добывают ежегодно, чтобы решить ту же самую задачу! Кроме того, антивещество было бы идеальным топливом еще и потому, что оно не загрязняло бы так окружающую среду, как нынешняя энергетика. После анни­гиляции в конечном счете остаются только у кванты с высокой проникающей способностью.