Характеристики материальных тел, как видно из их названия, связанные с инерцией тела при его взаимодействии с другими телами (есть в составе школьных законов динамики Ньютона) и его движения в гравитационном поле
(есть в составе закона всемирного тяготения). Сам Эйнштейн неоднократно упоминал, что к принципу эквивалентности его привели наблюдения поведения тел в обычном лифте. Это еще раз подчеркивает удивительную гармонию и простоту окружающей физической реальности, закономерности которой, однако, может открыть только очень наблюдательный «подготовлен ум».
Однако уже в середине прошлого века выяснилось, что теория СТО не окончательно перечеркнула все представления «светоносного мирового эфира» и в природе можно найти среду, чем-то напоминает своего древнего предшественника, только называется оно по-новому - физическим вакуумом. Представление о физическом вакууме как особое материальную среду было введено для объяснения возникновения сил физического взаимодействия. В основу этой теории легло представление о том, что тела обмениваются друг с другом так называемыми виртуальными, т.е. ненаблюдаемых-мы, частицами. Например, в случае электромагнитных взаимодействий - виртуальными фотонами. Кроме того, в микромире были обнаружены эффекты, которые иначе, как существованием физического вакуума, было невозможно объяснить. Например, при торможении частицы высокой энергии как бы «из ничего» рождаются другие реальные частицы вещества. Это удивительное явление становится понятным, если допустить, что пространство заполнено смесью всевозможных виртуальных частиц, что их незримых заготовок, которые становятся реальными, если энергия частицы, налетает, оказывается равной энергии их покоя.
Но чем же тогда физический вакуум отличается от «мирового эфира»? Минимум одной, но весьма существенной особенностью: к нему невозможно измерить скорость равномерного и прямолинейного движения, и доказали опыты Майкельсона-Морли. А это значит, что физический вакуум представляет собой непрерывное материальную среду, а не газ виртуальных частиц, между которыми есть абсолютная пустота «настоящего вакуума». Поэтому попытки вернуть в физике «мировой эфир» в виде частиц, поведение которых подчиняется законам классической механики, обречены на полный провал. В физического вакуума есть и другие парадоксальные свойства. Они связаны с античастицами - двойниками обычных частиц, отличающихся от них знаком электрического заряда и очень интересным вопросом: отличается чем-нибудь гипотетический мир, состоящий из антивещества, от мира вещества, в котором мы живем?
Поначалу казалось, что эти миры должны быть абсолютно идентичными, и если бы мы в какой-то странный способ оказались в антимире, то ничего бы не заметили. По-научному это звучит так: все законы природы долгое время считались неизменными (инвариантными) по изменению знака заряда частиц (так называемого С-преобразования). Однако в начале второй половины прошлого века физики экспериментально открыли поразительный факт: для того чтобы превратить частицу в античастицу, нужно не только изменить знак заряда, но как бы отразить частичку в зеркале, сделать еще и пространственное Р-преобразования. Вместе эти две операции преобразования частиц называются СР-преобразованиями. Однако чудеса продолжались, и вскоре выяснилось, что и этого общего преобразования в ряде случаев совершенно недостаточно, поскольку такая СР-симметрия тоже нарушается. То есть для того чтобы из электрона получить «настоящий» антиэлектрон, необходимо изменить еще и ... направление хода времени, выполнить Т-преобразования. Так возникло представление о существовании в природе фундаментального закона сохранения СРТ-симметрии.
Иначе говоря, наблюдатель не сможет никакими опытами узнать, в каком мире он находится, только в том случае, если одновременно сделает с эталонной частью все три преобразования. Соотношение между всеми этими преобразованиями можно наглядно объяснить с помощью теории антисимметрии Шубнико-ва, созданной в 40-х годах прошлого века Кристаллофизика А.В. Шубниковым для описания физических свойств кристаллов. Академик Шубников предложил использовать не только обычные операции симметрии (например, отражение в зеркале), но и операции «антивидбиття», позволяющие приписывать геометрическим фигурам противоположные физические свойства, скажем, окрашивая в белый цвет отрицательные электрические заряды и в черный цвет - положительные. Теперь представим, что в нашем пространстве, условно черном, размещены две пары перчаток: одна - белая снаружи и черная изнутри, а другая - черная снаружи и белая изнутри. Если левую белую перчатку, расположенной на черном фоне, отразить в зеркале, то есть выполнить Р-преобразования, то получится правая белая перчатка, а если левую белую перчатку вывернуть наизнанку, выполнив PC-преобразования (равноценное СР-преобразованию), то получится права черная перчатка. Однако несмотря на все эти преобразования перчатки остаются разными (в этом и заключается суть нарушения СР-симметрии), и для того чтобы получить абсолютно идентичную картину, необходимо поместить все перчатки на белый фон, выполнив еще Т-преобразования. То есть с точки зрения теории антисимметрии преобразования хода времени можно представить как изменение какой-то свойства пространства, где находится вещество.
Вернемся теперь к физическим свойствам реального вакуума и добавим, что элементарные частицы, кроме массы и заряда, имеют еще и спин - момент вращения вокруг собственной оси. При вращении в зарядов, подобно волчка, возникает еще и магнитное поле с электрическим дипольным моментом. Рассмотрим собственно аннигиляцию на примере электрон-позитронной пары. Это удивительное явление происходит не сразу, а в два этапа: сначала на кратчайший миг образуется атом позитроний, образованный из частиц, которые вращаются вокруг общего центра масс. После же аннигиляции их энергия и масса превратится в кванты электромагнитного излучения, разлетаются со скоростью света в разные стороны, а на месте позитрония останется своеобразная дыра. Может эта «дыра» иметь определенные физические свойства?