На первый взгляд может показаться, что, несмотря на довольно тесное сотрудничество, астрономию и фи­зику должны интересовать прямо противоположные за­дачи. Для исследователей Вселенной — это выяснение поведения объектов и процессов большого масштаба, раскрытие закономерностей мегакосмоса, который ха­рактеризуется колоссальными расстояниями до Ю’27 см и огромными промежутками времени до 10’7 сек. Наобо­рот, исследователи строения материи занимаются изуче­нием элементарных частиц и явлений, познанием законо­мерностей микромира, проникая в ультрамалые суб­атомные интервалы до 10~’7 см и до \0~27 сек.

Однако было бы неверно думать, что задачи, о кото­рых идет речь, исключают друг друга, что между ними чет ничего общего. Микромир и мегакосмос — две сто­роны одного и того же процесса, который мы с вами на­звали Вселенной. Какими бы гигантскими размерами ни обладала та или иная космическая система, она в конеч­ном итоге состоит из элементарных частиц. С другой стороны, многие ядерные процессы являются отраже­нием космических явлений, охватывающих колоссальные области пространства.

Необходимость совместного изучения микромира и мегакосмоса, исследования тех глубоких связей, кото­рые существуют между микроявлениями и мегапроцессами,  диктуется еще и тем обстоятельством, что в том мире, в котором мы живем, в макромире, свойства «большого» и «малого» скрещиваются словно лучи прожектора. Ведь и мы сами, и все окружающие нас пред­меты состоят из элементарных частиц, и в то же время мы являемся частью мегакосмоса. Поэтому для того, чтобы понять и заставить работать па себя природные процессы (а в этом состоит главная задача любой пау­ки), необходимо стремиться к тому, чтобы познать наи­более глубокие закономерности, связывающие микромир и мегакосмос. К тому же астрономия, по крайней мере, на данном этапе, может дать больше фактов, необходи­мых для развития физических представлений, чем даже ядерная физика. Хотя свойства микромира также неис­черпаемы, как и свойства мегакосмоса, опыт показывает, что при достигнутом уровне знаний получение принци­пиально новых фактов в области строения вещества тре­бует значительно больших усилии, чем в области изу­чения Вселенной.

До сравнительно недавнего времени наиболее общими и глубокими законами природы считались за­коны сохранения. Эти законы действуют как па уров­не элементарных частиц (например, закон сохранения электрического заряда), так и па уровне макромира (закон сохранения количества движения), так, нако­нец, и на уровне мегакосмоса (закон сохранения ма­терин).

Однако открытия последнего времени приводят к вы­воду, что, видимо, в природе действуют закономерности еще более общие, закономерности, из которых законы сохранения вытекают как одно из следствий. Это так на­зываемые законы симметрии.

Хорошо известно, что в математике понятие симмет­рии связано с чисто геометрическими свойствами рас­сматриваемых объектов. Но в данном случае речь идет о симметрии в широком значении этого слова. Симмет­рия — это равновесие, пропорциональность, обрати­мость и т. п.

Принципы симметрии — это не что иное, как принци­пы инвариантности, о которых у нас уже шла речь. Если па первой ступени познания человек добывает у при­роды отдельные факты, на следующей выясняет связи между этими явлениями, т. е. открывает законы при­роды, то принципы инвариантности — это третья ступень познания: они устанавливают связи между законами природы.

Поэтому не удивительно, что именно свойство инва­риантности, симметрии из всех известных современной науке закономерностей связывает микро- и мегаявления в наибольшей степени.

Одна из наиболее фундаментальных проблем совре­менной науки, непосредственно связанная с принципом симметрии — проблема вещества и антивещества. Как известно, наряду с элементарными частицами, из кото­рых состоят все предметы, окружающие нас, существуют и так называемые античастицы. При этом в природе действует фундаментальный закон — частицы и анти­частицы могут возникать или исчезать (превращаться в иные формы материи) только парами. Другими словами, рождение частицы всегда сопровождается появлением соответствующей античастицы VI наоборот. Более того, любое изменение количества вещества в природе обяза­тельно должно сопровождаться соответствующим изме­нением количества антивещества. Если этот закон дей­ствительно является всеобщим, то во Вселенной суще­ствует симметрия относительно вещества и антивещества и общее число частиц должно быть равно числу анти­частиц. Изучение этой проблемы имеет важное значение для понимания многих явлений, происходящих в при­роде.

В частности, в связи с симметрией Вселенной отно­сительно вещества и антивещества возникает весьма ин­тересный вопрос. Если паша Земля, наша солнечная система, а возможно, также паша Галактика и Метага­лактика целиком состоят из вещества, то где находится «уравновешивающее» количество антивещества? Была сделана попытка решить эту проблему с помощью гипо­тезы об антимирах, т. е. космических объектах, целиком состоящих из антиматерии. Дальнейшее развитие ме­тодов наблюдений позволит проверить обоснованность этих предположений. Но независимо от результатов по­добной проверки возникает еще один вопрос: каким об­разом и на каких стадиях образования космических объектов могло произойти разделение вещества и анти­вещества, которое привело к образованию однородных космических тел типа Солнца или Земли, целиком со­стоящие на одних только «частиц»? Ведь не отличаясь друг от друга по своим физическим и химическим свой­ствам, вещество и антивещество не могут сосущество­вать. При соприкосновении друг с другом частицы и ан­тичастицы немедленно аннигилируют с выделением боль­шого количества энергии, превращаясь в частицы излучения.

Но пока механизм разделении вещества и антиве­щества нам неизвестен. Проблема весьма трудная, и по­скольку ее удовлетворительного решения до сих пор нет, многие исследователи выражают сомнение в самой возможности существования обособленных антимиров и антиобъектов.

С другой стороны, не исключено также, что пред­ставления о мирах и антимирах, существующих в раз­личных частях Вселенной и удаленных друг от друга па определенное расстояние, являются чересчур наивными. Может быть и так, что мир и антимир сосуществуют в одной и той же области Вселенной во взаимно «вывер­нутых» пространствах и при противоположных направ­лениях течения времени.

В микромире действуют и другие законы симметрии, имеющие чрезвычайно важное значение для судеб Все­ленной.

До 1957 г. в физике микромира существовал так на­зываемый закон сохранения четности. Закон этот со­стоял в следующем. Представим себе какую-либо си­стему взаимодействующих элементарных частиц. Если заменить эту систему другой, которая будет ее зеркаль­ным отражением, то согласно закону сохранения четкости характер происходящих процессов не изме­нится.

Однако в 1959 г. работавшие в США физики Ли и Янг обнаружили, что при так называемых слабых взаи­модействиях (т. е. взаимодействиях, возникающих при распадах и столкновениях частиц со средними и малыми массами) зеркальная симметрия нарушается. В связи с этим известный советский физик академик Л. Д. Лан­дау предложил более общий закон симметрии — закон сохранения комбинированной четности. Согласно этому закону зеркальное отображение микропроцессов не из­менит физической картины лишь в том случае, если все частицы будут заменены соответствующими античасти­цами. Однако в 1964 г. американские физики открыли явление, противоречащее и этому обобщенному закону. Был экспериментально обнаружен распад элементар­ной частицы нейтрального ка-два-мезона на два пи-мезона. Это явление оказалось несовместимым с зако­ном комбинированной четности.

Нарушение комбинированной симметрии при элемен­тарных взаимодействиях влечет за собой далеко идущие следствия. Дело в том, что в физике микромира дей­ствует еще один, более общий принцип инвариантности, известный под названием С7\Р-теоремы. Пусть у нас имеются какие-либо уравнения теоретической физики, описывающие поведение некоторой системы, состоящей из элементарных частиц. Предположим далее, что все частицы этой системы мы заменим античастицами (С-преобразование), затем изменим пространственные положения новых частиц с таким расчетом, чтобы кон­фигурация получившейся в результате этого системы была отражением прежней (Р-преобразование), и, на­конец, заменим в уравнениях время Т на минус Т (Т-преобразование). Оказывается, что при таких усло­виях уравнения теоретической физики не меняют сво­его вида, пли, как говорят математики, они являются инвариантными относительно произведения указанных преобразований. Это утверждение и называется СТР-теоремой.

Эта теорема представляет собой универсальное поло­жение, опирающееся на основные свойства физических процессов, и не вызывает каких-либо сомнений. Счита­лось также само собой разумеющимся, что ничего не

меняется и в результате одного 7″д1реобразоваппя. Но если не выполняется закон комбинированной четности, т. е. уравнения меняют свой вид в результате преобра­зования СР, то остается предположить, что в физике микропроцессов прямое и обратное течения времени об­ладают какими-то существенными различиями, т. е. име­ет место необратимость элементарных процессов.

Чтобы лучше себе представить, что это означает, можно привести такой, хотя, быть может, несколько упрощенный пример. Предположим, что произошел взрыв какого-нибудь объекта, скажем, железнодорож­ного моста. Так вот необратимость процессов во времени означает, что если бы можно было пустить время вспять, то осколки, образовавшиеся при взрыве, собрались бы не в мост, а во что-то другое.

Чтобы найти выход из создавшейся ситуации, было предложено наряду с известными видами взаимодей­ствий — ядерными (пли сильными), электромагнитными, слабыми и гравитационными — ввести пятый вид, обус­ловленный действием неизвестных сил, еще более сла­бых, чем гравитационные. Если бы такие силы действи­тельно существовали, то их действием можно было бы объяснить явления, подобные распаду ка-два-мезопа. Однако последующие экспериментальные исследования не подтвердили подобного предположении.

Не годится в данном случае и предположение, что в явлении распада ка-два-мезопа принимают участие какие-то новые, еще неизвестные нам частицы.

Загадочно также, что ни и каких других ядерных процессах нарушений теории, подобных «случаю» с ка-два-мезоном, пока обнаружить не удалось.

Вопрос остается открытым. По несомненно, что со­временная наука вплотную подошла к таким явлениям, объяснение которых может иметь чрезвычайно важное значение для понимания основных свойств пространства и времени.