Коли зникає одна із симетрій, то насамперед потрібно негайно звернутися до списку відомих чи передбачуваних симетрій і подивитися, чи не може ще порушитися якась із них. Ми не згадали одну операцію з нашого списку, а до неї наше питання стосується в першу чергу — це відношення між речовиною й антиречовиною. Дірак передбачив, що на додаток до електронів у світі повинні існувати інші частинки, названі позитронами (відкриті Андерсоном у КАЛТЕХ`і), і вони тісно пов'язані з електронами. Усі властивості цих двох частинок підкоряються певним правилам відповідності: енергії їх рівні, маси рівні, заряди протилежні, але найважливіше, зіткнувшись, вони можуть знищити один одного (анігілювати), перетворивши всю свою масу на енергію, наприклад γ-випромінювання. Позитрон називається античастинкою електрона, і ці властивості є основними властивостями частинки та її античастинки. Із міркувань Дірака було ясно, що у всіх інших частинок теж повинні бути відповідні античастинки. Наприклад, поряд із протоном повинен існувати й антипротон, який зараз позначається символом p. У нього має бути негативний електричний заряд, та сама, що й у протона, маса і т. д. Однак найважливішою властивістю є те, що протон і антипротон, зіткнувшись, можуть знищити один одного. Я особливо підкреслюю це тому, що люди зазвичай дивуються, коли кажеш, що поряд із нейтроном існує й антинейтрон; вони кажуть: «Як антинейтрон може мати протилежний заряд, адже він нейтральний?» Приставка «анти» означає не просто протилежний заряд, частинка характеризується цілим набором властивостей, багато з яких стають протилежними. Антинейтрон можна відрізнити від нейтрона таким способом: якщо помістити поруч два нейтрони, вони так і залишаться двома нейтронами, але якщо ми помістимо поруч нейтрон і антинейтрон, то вони знищать один одного, причому виділять велику кількість енергії у вигляді різних π-мезонів, -γ-квантів і т. п.
Далі, якщо у нас є антипротони, антинейтрони й позитрони, то з них у принципі можна скласти антиатоми. Це ще не зроблено, але в принципі цілком можливо. В атомі водню, наприклад, у центрі розташований протон, навколо якого крутиться електрон. Уявіть тепер, що ми зробили антипротон і запустили навколо нього позитрон. Чи буде він крутитися? Ну перш за все антипротон заряджений негативно, а позитрон — позитивно, так що вони притягуватимуться одне до одного з відповідною силою, а оскільки маси у них однакові з протоном і електроном, то однаково буде і все інше. У цьому полягає один із принципів симетрії у фізиці: рівняння, мабуть, кажуть нам, що якщо зробити один годинник із речовини, а другий, точно такий самий, з антиречовини, то вони йтимуть цілком однаково. (Звісно, якщо ми помістимо цей годинник поруч, то вони знищать один одного, але це вже зовсім інша справа.)
Тоді негайно виникає питання. Можна зробити двоє годинників із речовини, причому одні «правосторонні», а другі «лівосторонні». Можна, скажімо, зробити не прості годинники, а годинники з кобальтом, магнітами й детекторами, що реєструють β-розпадні електрони і лічать їх. Щоразу, коли реєструється електрон, секундна стрілка злегка посувається. Але тоді дзеркально відображений годинник, у який приходить менше електронів, не йтиме з тією самою швидкістю. Отже, тепер нам ясно, що можливо побудувати таку пару годинників, що правосторонні не будуть узгоджуватися з лівосторонніми. Давайте зробимо годинник із речовини й назвемо його стандартним, або правостороннім, і зробимо ще годинник теж із речовини й назвемо його лівостороннім. Ми щойно встановили, що ці двоє годинників, взагалі кажучи, не будуть йти однаковим чином, а до цього визначного відкриття у фізиці вважалося, що будуть. Далі ми, крім того, вважали, що речовина й антиречовина еквівалентні, тобто якби ми зробили годинник з антиречовини, такий самий правосторонній, тієї самої форми, то він ішов би точно так само, як і правосторонній годинник із речовини, а якби ми зробили такий самий лівосторонній годинник, то й він теж ходив би точнісінько так само. Іншими словами, спочатку ми вважали, що всі четверо таких годинників повинні працювати цілком однаково. Але тепер ми знаємо, що правосторонній і лівосторонній годинник із речовини не однакові. А отже, право- чи лівосторонній годинник з антиречовини теж, мабуть, не однакові.
Тепер виникає очевидне питання: чи є пара годинників, які йдуть однаково? Іншими словами, чи поводиться правостороння речовина так само, як правостороння антиречовина? Чи ж правостороння речовина поводиться так само, як лівостороння антиречовина? Експерименти з β-розпадом, але не з електронним, а з позитронним β-розпадом, вказують, що цей зв'язок такий: «праве» речовина поводиться точно так само, як «ліва» антиречовина.
Отже, зрештою право-ліва симетрія все ж реабілітована! Якщо ми виготовимо лівосторонній годинник, але виготовимо його з матеріалу зовсім іншого роду — з антиречовини, а не з речовини, то він ітиме точнісінько таким самим чином. У підсумку сталося ось що: замість двох незалежних правил у нашому списку симетрії ми отримали одне нове комбіноване правило, яке стверджує, що правостороння речовина симетрична з лівосторонньою антиречовиною.
Таким чином, якщо наш приятель із космосу зроблений з антиречовини і ми даємо йому вказівки, як зробити нашу «правосторонню» модель, то він, звісно, зробить усе навпаки. Що сталося б, якби після довгих переговорів ми навчилися один в одного будувати космічні кораблі й домовилися б про зустріч десь у космічному просторі, на півдорозі між ним і нами? Звісно, ми б заздалегідь розповіли один одному про свої звичаї та інше, і от нарешті ви поспішаєте назустріч, щоб потиснути йому руку. Але будьте уважні. Якщо він простягне вам ліву руку — стережіться!
Далі, якщо у нас є антипротони, антинейтрони й позитрони, то з них у принципі можна скласти антиатоми. Це ще не зроблено, але в принципі цілком можливо. В атомі водню, наприклад, у центрі розташований протон, навколо якого крутиться електрон. Уявіть тепер, що ми зробили антипротон і запустили навколо нього позитрон. Чи буде він крутитися? Ну перш за все антипротон заряджений негативно, а позитрон — позитивно, так що вони притягуватимуться одне до одного з відповідною силою, а оскільки маси у них однакові з протоном і електроном, то однаково буде і все інше. У цьому полягає один із принципів симетрії у фізиці: рівняння, мабуть, кажуть нам, що якщо зробити один годинник із речовини, а другий, точно такий самий, з антиречовини, то вони йтимуть цілком однаково. (Звісно, якщо ми помістимо цей годинник поруч, то вони знищать один одного, але це вже зовсім інша справа.)
Тоді негайно виникає питання. Можна зробити двоє годинників із речовини, причому одні «правосторонні», а другі «лівосторонні». Можна, скажімо, зробити не прості годинники, а годинники з кобальтом, магнітами й детекторами, що реєструють β-розпадні електрони і лічать їх. Щоразу, коли реєструється електрон, секундна стрілка злегка посувається. Але тоді дзеркально відображений годинник, у який приходить менше електронів, не йтиме з тією самою швидкістю. Отже, тепер нам ясно, що можливо побудувати таку пару годинників, що правосторонні не будуть узгоджуватися з лівосторонніми. Давайте зробимо годинник із речовини й назвемо його стандартним, або правостороннім, і зробимо ще годинник теж із речовини й назвемо його лівостороннім. Ми щойно встановили, що ці двоє годинників, взагалі кажучи, не будуть йти однаковим чином, а до цього визначного відкриття у фізиці вважалося, що будуть. Далі ми, крім того, вважали, що речовина й антиречовина еквівалентні, тобто якби ми зробили годинник з антиречовини, такий самий правосторонній, тієї самої форми, то він ішов би точно так само, як і правосторонній годинник із речовини, а якби ми зробили такий самий лівосторонній годинник, то й він теж ходив би точнісінько так само. Іншими словами, спочатку ми вважали, що всі четверо таких годинників повинні працювати цілком однаково. Але тепер ми знаємо, що правосторонній і лівосторонній годинник із речовини не однакові. А отже, право- чи лівосторонній годинник з антиречовини теж, мабуть, не однакові.
Тепер виникає очевидне питання: чи є пара годинників, які йдуть однаково? Іншими словами, чи поводиться правостороння речовина так само, як правостороння антиречовина? Чи ж правостороння речовина поводиться так само, як лівостороння антиречовина? Експерименти з β-розпадом, але не з електронним, а з позитронним β-розпадом, вказують, що цей зв'язок такий: «праве» речовина поводиться точно так само, як «ліва» антиречовина.
Отже, зрештою право-ліва симетрія все ж реабілітована! Якщо ми виготовимо лівосторонній годинник, але виготовимо його з матеріалу зовсім іншого роду — з антиречовини, а не з речовини, то він ітиме точнісінько таким самим чином. У підсумку сталося ось що: замість двох незалежних правил у нашому списку симетрії ми отримали одне нове комбіноване правило, яке стверджує, що правостороння речовина симетрична з лівосторонньою антиречовиною.
Таким чином, якщо наш приятель із космосу зроблений з антиречовини і ми даємо йому вказівки, як зробити нашу «правосторонню» модель, то він, звісно, зробить усе навпаки. Що сталося б, якби після довгих переговорів ми навчилися один в одного будувати космічні кораблі й домовилися б про зустріч десь у космічному просторі, на півдорозі між ним і нами? Звісно, ми б заздалегідь розповіли один одному про свої звичаї та інше, і от нарешті ви поспішаєте назустріч, щоб потиснути йому руку. Але будьте уважні. Якщо він простягне вам ліву руку — стережіться!