вещество, состоящее из атомов, ядра которых имеют отрицательный электрический заряд и окружены позитронами - электронами с положительным электрическим зарядом. В обычном веществе, из которого построен окружающий нас мир, положительно заряженные ядра окружены отрицательно заряженными электронами. Обычное вещество, чтобы отличать его от антивещества, иногда называют койновеществом (от греч. койнос - обычный). Однако в русской литературе этот термин практически не употребляется. Следует подчеркнуть, что термин "антивещество" не совсем правилен, поскольку антивещество - тоже вещество, его разновидность. Антивещество обладает такими же инерционными свойствами и создает такое же гравитационное притяжение, как и обычное вещество.

Говоря о веществе и антивеществе, логично начать с элементарных (субатомных) частиц. Каждой элементарной частице соответствует античастица; обе имеют почти одинаковые характеристики, за исключением того, что у них противоположный электрический заряд. (Если частица нейтральна, то античастица также нейтральна, но они могут различаться другими характеристиками. В некоторых случаях частица и античастица тождественны друг другу.) Так, электрону - отрицательно заряженной частице - соответствует позитрон, а античастицей протона с положительным зарядом является отрицательно заряженный антипротон. Позитрон был открыт в 1932, а антипротон - в 1955; это были первые из открытых античастиц. Существование античастиц было предсказано в 1928 на основе квантовой механики английским физиком П.Дираком.

При столкновении электрона и позитрона происходит их аннигиляция, т.е. обе частицы исчезают, а из точки их столкновения испускаются два гамма-кванта. Если сталкивающиеся частицы движутся с небольшой скоростью, то энергия каждого гамма-кванта составляет 0,51 МэВ. Эта энергия есть "энергия покоя" электрона, или его масса покоя, выраженная в единицах энергии. Если же сталкивающиеся частицы движутся с большой скоростью, то энергия гамма-квантов будет больше за счет их кинетической энергии. Аннигиляция происходит и при столкновении протона с антипротоном, но процесс в этом случае протекает гораздо сложнее. В качестве промежуточных продуктов взаимодействия рождается ряд короткоживущих частиц; однако спустя несколько микросекунд как окончательные продукты превращений остаются нейтрино, гамма-кванты и небольшое число электрон-позитронных пар. Эти пары в конечном итоге могут аннигилировать, создавая дополнительные гамма-кванты. Аннигиляция происходит и при столкновении антинейтрона с нейтроном или протоном.

Коль скоро существуют античастицы, возникает вопрос, не могут ли из античастиц образовываться антиядра. Ядра атомов обычного вещества состоят из протонов и нейтронов. Самым простым ядром является ядро изотопа обычного водорода 1H; оно представляет собой отдельный протон. Ядро дейтерия 2H состоит из одного протона и одного нейтрона; оно называется дейтроном. Еще один пример простого ядра - ядро 3He, состоящее из двух протонов и одного нейтрона. Антидейтрон, состоящий из антипротона и антинейтрона, был получен в лаборатории в 1966; ядро анти-3He, состоящее из двух антипротонов и одного антинейтрона, было впервые получено в 1970.

Согласно современной физике элементарных частиц, при наличии соответствующих технических средств можно было бы получить антиядра всех обычных ядер. Если эти антиядра окружены надлежащим числом позитронов, то они образуют антиатомы. Антиатомы обладали бы почти в точности такими же свойствами, как и обычные атомы; они образовали бы молекулы, из них могли бы формироваться твердые тела, жидкости и газы, в том числе и органические вещества. Например, два антипротона и одно ядро антикислорода вместе с восемью позитронами могли бы образовать молекулу антиводы, сходную с обычной водой H2O, каждая молекула которой состоит из двух протонов ядер водорода, одного ядра кислорода и восьми электронов. Современная теория элементарных частиц в состоянии предсказать, что антивода будет замерзать при 0. С, кипеть при 100. С и в остальном вести себя подобно обычной воде. Продолжая такие рассуждения, можно прийти к выводу, что построенный из антивещества антимир был бы чрезвычайно сходен с окружающим нас обычным миром. Этот вывод служит отправной точкой теорий симметричной Вселенной, основанных на предположении, что во Вселенной равное количество обычного вещества и антивещества. Мы живем в той ее части, которая состоит из обычного вещества.

Если привести в соприкосновение два одинаковых куска из веществ противоположного типа, то произойдет аннигиляция электронов с позитронами и ядер с антиядрами. При этом возникнут гамма-кванты, по появлению которых можно судить о происходящем. Поскольку Земля по определению состоит из обычного вещества, в ней нет заметных количеств антивещества, если не считать мизерного числа античастиц, рождающихся на больших ускорителях и в космических лучах. То же самое относится и ко всей Солнечной системе.

Наблюдения показывают, что в пределах нашей Галактики возникает лишь ограниченное количество гамма-излучения. Отсюда ряд исследователей делают вывод об отсутствии в ней сколько-нибудь заметных количеств антивещества. Но этот вывод не бесспорен. В настоящее время нет способа определить, например, состоит ли данная близкая звезда из вещества или антивещества; звезда из антивещества испускает точно такой же спектр, как и обычная звезда. Далее, вполне возможно, что разреженное вещество, заполняющее пространство вокруг звезды и тождественное веществу самой звезды, отделено от областей, заполненных веществом противоположного типа - очень тонкими высокотемпературными "слоями Лейденфроста". Таким образом, можно говорить о "ячеистой" структуре межзвездного и межгалактического пространства, в которой каждая ячейка содержит либо вещество, либо антивещество. Эту гипотезу подкрепляют современные исследования, показывающие, что магнитосфера и гелиосфера (межпланетное пространство) имеют ячеистую структуру. Ячейки с разной намагниченностью и иногда также с разными температурой и плотностью разделены очень тонкими токовыми оболочками. Отсюда следует парадоксальный вывод, что указанные наблюдения не противоречат существованию антивещества даже в пределах нашей Галактики.

Если раньше не было убедительных аргументов в пользу существования антивещества, то теперь успехи рентгеновской и гамма-астрономии изменили положение. Наблюдались явления, связанные с огромным и часто в высшей степени беспорядочным выделением энергии. Вероятнее всего, источником такого энерговыделения была аннигиляция.

Шведский физик О.Клейн разработал космологическую теорию, основанную на гипотезе симметрии между веществом и антивеществом, и пришел к выводу, что процессы аннигиляции играют решающую роль в процессах эволюции Вселенной и формирования структуры галактик.

Становится все более очевидным, что основная альтернативная ей теория - теория "большого взрыва" - серьезно противоречит данным наблюдений и центральное место при решении космологических проблем в ближайшем будущем, скорее всего, займет "симметричная космология".

Роли антивещества в проблемах космологии посвящена книга автора Миры - Антимиры: Антиматерия в космологии (1966). См. также КОСМОЛОГИЯ В АСТРОНОМИИ; ЧАСТИЦЫ ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ.

материя, построенная из античастиц (См. Античастицы). Ядра атомов вещества состоят из протонов и нейтронов, а электроны образуют оболочки атомов. В А. ядра состоят из Антипротонов н Антинейтронов, а место электронов в их оболочках занимают Позитроны.

Согласно современным теориям, ядерные силы, обусловливающие устойчивость атомных ядер, одинаковы для частиц и античастиц. То же можно сказать и об электромагнитных и обменных силах, благодаря которым существуют устойчивые конфигурации электронов в атомах и молекулах: т. к. заряды всех античастиц противоположны зарядам соответствующих частиц, отрицательно заряженные ядра антиатомов притягивают позитроны точно так же, как ядра притягивают электроны в атомах. Поэтому вся иерархия строения вещества из частиц должна быть осуществима и для А., состоящего из античастиц. В 1965 впервые было экспериментально доказано, что из античастиц могут строиться комплексы того же типа, что и из частиц. Группа американских физиков под руководством Л. Ледермана получила на ускорителе и зарегистрировала первое антиядро - антидейтрон (связанное состояние антипротона и антинейтрона). В 1969 в экспериментах на ускорителе протонов с энергией 70 Гэв (Серпухов) советские физики (руководитель Ю. Д. Прокошкин) зарегистрировали ядра антигелия-3, состоящие из 2 антипротонов и антинейтрона.

Поскольку законы физики одинаковы для частиц и античастиц, возникает вопрос, не имеются ли во Вселенной в целом равные количества вещества и А. В наблюдаемой нами части Вселенной не обнаружено сколько-нибудь существенных скоплений А. В частности, антипротонов и антиядер нет в космических лучах. Однако важный для астрофизики и космологии вопрос о распространённости А. во Вселенной пока остаётся открытым.

вид материи; то, из чего состоит физическое тело.

ВЕЩЕСТВ'О, вещества, ср. (·книж. ). То, из чего состоит физическое тело; материя. Взрывчатые вещества.

вид материи, которая, в отличие от поля физического (См. Поля физические), обладает массой покоя (см. Масса). В конечном счёте В. слагается из элементарных частиц, масса покоя которых не равна нулю (в основном из электронов, протонов, нейтронов). В классической физике В. и поле физическое абсолютно противопоставлялись друг другу как два вида материи, у первого из которых структура дискретна, а у второго - непрерывна. Квантовая физика, внедрившая идею двойственной корпускулярно-волновой природы любого микрообъекта (см. Квантовая механика), привела к нивелированию этого противопоставления. Выявление тесной взаимосвязи В. и поля привело к углублению представлений о структуре материи. На этой основе были строго отграничены категории В. и материи, на протяжении многих веков отождествлявшиеся в философии и науке, причём философское значение осталось за категорией материи, а понятие В. сохранило научный смысл в физике и химии. В. в земных условиях встречается в четырёх состояниях: газы, жидкости, твёрдые тела, плазма. Высказывается предположение, что В. может существовать также в особом, сверхплотном состоянии (например, нейтронном состоянии; см. Нейтронные звёзды).

Лит.: Вавилов С. И., Развитие идеи вещества, Собр. соч., т. 3, М., 1956, с. 41-62; Структура и формы материи, М., 1967.

И. С. Алексеев.