Объяснить необъяснимое. Ученый продолжает поиски других Вселенных

Ученые — люди скромные. Вот о науке могут говорить часами, а о себе почему-то не очень любят. Один из ведущих мировых специалистов в области квантовой теории поля, физики элементарных частиц и космологии Валерий Рубаков, часть своей жизни посвятивший работе в троицком Институте ядерных исследований РАН, — не исключение, хотя его биография очень любопытна.

Валерий Анатольевич увлекся наукой еще в детстве, зачитываясь «Занимательной физикой» и «Занимательной математикой» Перельмана. В его руках даже оказалась книжка об элементарных частицах, изучению которых он и посвятит свою жизнь. Но тогда, конечно, он об этом не задумывался.

 А в восьмом классе интуиция подсказала Рубакову: нужно поступить в физико-математическую школу. Точные науки ему давались без труда.

— Хотя родители меня отговаривали. Они понимали, что ту школу с золотой медалью я не окончу, а им так этого хотелось, — вспоминает ученый. — Русский язык у меня немного хромал. То запятую забуду, то случайно буквой ошибусь. Но все равно оказался в новой школе.

А единственная четверка по русскому так и осталась у него в аттестате за десятый класс. Но юноша не расстроился, а после школы поступил в МГУ на физический факультет. А там уж главное — внимательно ставить запятые в числах.

Вдохновение для физика

Дальше, кажется, сама судьба решила: быть Рубакову ученым. Он хорошо учился, даже ходил на занятиясо студентами старших курсов и вскоре понял: его тема — это физика элементарных частиц. Поэтому после университета он поступил в аспирантуру и оказался в теоретическом отделе Института ядерных исследований АН СССР, главный корпус которого находится в Троицке.

— Будни ученого, конечно, не похожи на привычный рабочий график с девяти до шести, — говорит Валерий Анатольевич.

Хотя бы потому, что в науке нет никакого плана. Только представьте: у вас есть куча информации, и из нее нужно выцепить ту тему, исследованием которой ты и займешься. А прийти она может… Да где угодно! Во время прогулки, встречи, на конференции...

Так Валерию Анатольевичу пришла в голову идея, которая впервые его прославила. А ему было всего 25 лет.

Нашумевшее открытие

Как известно, есть такая частица, как протон. От большинства остальных она отличается тем, что не распадается. Вот нет у нее такой склонности. Существует протон гораздо дольше, чем наша Вселенная, а той (на секундочку!) 13,8 миллиарда лет. Поэтому в свое время ученые уверились в том, что протон распадаться не может ни при каких обстоятельствах. А Рубаков возьми да и докажи обратное!

— Некоторые теории предсказывают такую частицу, как магнитный монополь. Чтобы ее было легче представить, вспомните магнит: у него два полюса (северный и южный), которые друг без друга не могут существовать. А теперь возьмите один полюс — в физике элементарных частиц он будет существовать в одиночку. Это и есть магнитный монополь, — рассказывает ученый.

И тогда он выяснил, что если протон попадет на такой магнитный монополь, то распадется. И причем очень быстро!

— Работа прошумела и имела большой успех. Ее долго обсуждали, изучали. Но сначала зарубежные журналы отказывались ее печатать, — вспоминает Рубаков.

И это было объяснимо: какой-то юнец из России пишет о том, что не могли понять ученые десятки лет. А он берет и выдвигает свою теорию… Да быть такого не может. Чушь! Так Рубакову и ответили.

Но исследование напечатали в России, а когда через год американский ученый Кертис Каллан опубликовал свою статью, доказывающую то же самое, сомнений не оставалось: Рубаков-то был прав! Так молодой ученый зарекомендовал себя. Старшие коллеги быстро увидели в нем потенциал. Валерий Анатольевич даже стал заместителем директора ИЯИ АН СССР (сейчас Институт ядерных исследований РАН).

— Даже сейчас удивляюсь: пригласить 32-летнего парня на такую должность… Я тогда долго думал, соглашаться ли. Но все-таки решил: если не я, то кто? — улыбается Рубаков.

— И до 1994 года был заместителем, но потом отказался. Стал главным научным сотрудником.

И такая позиция вполне ясна. Оказаться в кресле начальника означало стать администратором, а не ученым.

 — Когда наступили 90-е, было совсем туго. Я отвечал за финансовую часть института, и приходилось волчком вертеться, чтобы добыть деньги. Помню, подошел ко мне как-то академик Зацепин, очень уважаемый человек, и попросил купить ему в кабинет персональный компьютер. Тогда они только начали появляться и стоили почти как треть автомобиля, — вспоминает Рубаков.

Зацепин написал коллеге соответствующую служебную записку, на что получил отказ с объяснением: нет средств.

— А потом при встрече мне и сказал: «Молодой человек, вы не жили во времена послереволюционной разрухи! Рабочие получали зарплату, шли на базар, тратили все деньги, а потом все, что купили, обменивали в течение месяца на хлеб!» Вот так академик меня учил, но я все равно ему компьютер не купил, — смеется Валерий Анатольевич.

И после такого он понял: руководящая должность — не самая верная спутница науки. Ведь хотелось думать об исследованиях, а не о деньгах института. Рубакову, кстати, предлагали уехать работать за границу, но он отказался.

Вопросы без ответов

Так что свою профессию Валерий Анатольевич никогда не предавал и делал новые открытия. На физике элементарных частиц он не остановился. В свое время его коллеги по институту, Альберт Тавхелидзе, Вадим Кузьмин, Николай Красников и другие, занимались космологией. И неожиданно для себя Рубаков тоже открыл эту тему, хотя среди физиков его специальности она не была популярна: почти никто не понимал, как связано одно с другим. Но Рубаков понял все вовремя. Как итог — получил в 2020 году Гамбургскую премию. А все началось очень давно. С академика Сахарова. В 1967-м он задал сложный вопрос, который звучал примерно так: почему во Вселенной нет тел, которые убивают ее содержимое? И теперь давайте поясним.

Как известно, вокруг нас существует материя. Ею являемся мы, растения, животные... И у всего этого в принципе есть антиматерия — то, что ее убивает.

— У электрона есть позитрон, у протона — антипротон, у нейтрона — антинейтрон. И когда они встречаются, то «убивают» друг друга (аннигилируют). После этого от них остается свет (фотоны), энергия, — объясняет Рубаков.

Но во Вселенной этой антиматерии почему-то нет. Что и хорошо: в противном случае вещества бы уже не существовало, так же как и нас. Остался бы от него всего лишь свет — и все на этом. Но мы живы, планеты во Вселенной существуют, да и сама она уже не молоденькая. А значит, материя в ней «живет» сама по себе, без «противников». Почему?

Сахаров в 1967-м понял, что для образования избытка материи над антиматерией в ранней Вселенной должно нарушаться барионное число. Это такое число, которое отличает протон от антипротона: у протона (и нейтрона) оно равно +1, а у антипротона (и антинейтрона), наоборот, –1. Суммарное барионное число во Вселенной было равно нулю, а сейчас это не так: протоны есть, а антипротонов нет. Значит, барионное число не сохраняется. Но именно его сохранение ответственно за то, что протон не распадается: протон — самая легкая частица с ненулевым барионным числом, он не может распасться, раз ему некому свое барионное число передать.

Получается коллизия: в наших условиях барионное число сохраняется, а в ранней Вселенной — нет. Как такое может быть?

— Вот над этим вопросом мы с Вадимом Кузьминым и Михаилом Шапошниковым и задумались, а в 1985 году нашли ответ. Мы поняли, что уже в известных взаимодействиях элементарных частиц есть процессы с быстрым нарушением барионного числа, но только при очень высоких температурах, которые нельзя создать на Земле, но которые были в ранней Вселенной, — рассказывает Валерий Рубаков. — Эта работа тоже оспаривалась. Но после долгих дискуссий наш результат стал общепринятым. Сейчас даже есть попытки искать нарушение барионного числа в экспериментах на Большом адронном коллайдере. Но эти попытки пока безуспешны, и я думаю, что к успеху они и не приведут: условия в столкновениях частиц на коллайдерах отличаются от тех, что были в ранней Вселенной.

Точного ответа на вопрос о происхождении материи и отсутствии антиматерии во Вселенной нет. Как и на многие другие.

 — Например, мы до сих пор пытаемся понять, что такое темная материя и для чего она нужна. Мы знаем, что она состоит из частиц. Их полная масса в галактике и скорость передвижения уже вычислены. На что это за частицы и как они образовались во Вселенной, никто не знает, — говорит Рубаков.

Пытается ученый понять и что было до горячей стадии эволюции Вселенной. Большой взрыв — название условное.

— На самом деле ничего не взрывалось, потому что среда в космосе однородная. Возможно, был такой период времени, когда Вселенная сжималась, а потом расширилась за какие-то малые доли секунды, так и сформировавшись в итоге, — рассуждает Валерий Анатольевич.

Ученые не отрицают существования и других Вселенных.

— Они вполне могут быть! Вот только как туда попасть, мы пока себе не представляем, — говорит Рубаков.

Когда ученые получат ответ на эти вопросы — неизвестно. А может быть, ближе всех к истине снова окажется Рубаков.

В тему:

Понятия «материя» и «антиматерия» интересуют не только ученых, но и писателей. Так, например, в 2000 году американский писатель Дэн Браун написал роман «Ангелы и демоны», где описал, как ученым на Большом адронном коллайдере удалось получить антиматерию. По мысли Брауна, при взаимодействии «материи» и «антиматерии» высвобождается гигантское количество энергии, которой могло бы воспользоваться человечество. Увы, но это просто фантазия писателя. Как заявили после выхода романа ученые, создание антиматерии в земных условиях просто невозможно. По крайней мере, пока.