Красота физики. Постигая устройство природы

(Сделаем техническое дополнение, являющееся одновременно забавным упражнением. «Поменять левое и правое» требует некоторого более подробного объяснения, потому что левое и правое – это свойства объектов [например, рук], расположенных в пространстве, и мы не можем просто так переделать все левые руки в правые руки, все винты с левой резьбой в винты с правой резьбой и т. д., не сделав изменений в самом пространстве так, чтобы преобразованные объекты продолжали подходить друг другу! Проще всего сделать это если выбрать одну точку O – начало координат – и преобразовать любую точку в ее антипод относительно O. Таким образом, вы перемещаете любую точку P в точку диаметрально противоположную относительно точки O.)

Когда мы выполняем наше преобразование четности, отражая точки в их антиподы, естественно, что векторы изменят свое направление. Например, хорошим упражнением будет мысленно увидеть, что вектор, идущий из точки A в точку B, смотрит в противоположном направлении относительно вектора, нарисованного между их антиподами, из точки −A в точку −B.

Вот забавное упражнение с той же идеей: расположите большой палец и два следующих пальца правой руки, чтобы они указывали в трех взаимно перпендикулярных направлениях, сделайте затем то же самое с вашей левой рукой и расположите руки так, чтобы соответствующие пальцы двух рук указывали в противоположные стороны[122]. Посредством этого упражнения вы воплощаете преобразование четности: ваши пальцы указывают направления, и инверсия всех трех направлений преобразует левую руку в правую и обратно!

В 1956 г. Чжэндао Ли (род. 1926) и Чжэньнин (Фрэнк) Янг (род. 1922) после анализа некоторых озадачивающих экспериментов предположили, что, хотя большинство проявлений «рук» в физике, включая правила правой руки, которые запутывали поколения студентов, изучающих магнетизм, является вполне условным, слабое взаимодействие отличается в этом отношении и действительно делает различие между левым и правым. Другими словами, они предположили, что симметрия четности соблюдается не строго. Или же, если сказать коротко и просто, они предположили нарушение четности. Их предположение вскоре подтвердилось экспериментально, и этот прорыв привел к гораздо лучшему пониманию слабого взаимодействия.

Сегодня мы признаем, что нарушение четности – главная особенность слабого взаимодействия и важная часть формулировки соответствующего раздела Основной теории. Слабое взаимодействие делает большое различие между левым и правым, от которого нельзя избавиться за счет определений!

Чтобы точно установить различие, мы должны ввести спиральность частицы. Когда частица со спином еще и движется, мы имеем два направления, связанные с ней: направление, связанное с ее спином, которое мы определили ранее, и направление ее скорости. В определении направления, связанного со спином, мы использовали правило правой руки. Соответственно, если направление спина частицы, определенное таким образом, совпадает с направлением ее скорости, мы говорим, что это правая частица. В ином случае, если направление спина частицы противоположно направлению ее скорости, мы говорим, что это левая частица.

Подготовившись таким образом, мы теперь готовы описать, как слабое взаимодействие нарушает четность: левые кварки и левые лептоны, а также правые антикварки и антилептоны участвуют в слабом взаимодействии, но частицы с противоположной спиральностью этого не делают.

Наконец, позвольте мне выполнить обещание, сделанное в статье об аксиальном векторе, и дать определение этого термина. Выше мы видели, что векторы, связанные с движением из одной точки в другую, изменяют направление после преобразования четности. Векторы, которые преобразовываются подобным образом, называют истинными векторами, или полярными векторами. Однако не все векторы ведут себя таким образом! Векторы, в определение которых входит правило правой руки, поменяют направление дважды, если мы делаем преобразование четности: один раз, потому что они векторы, а второй раз, потому что они были определены «неправильным» для преобразованной системы правилом (потому что правое превратилось в левое!). Векторы, направление которых не изменяется, когда мы выполняем преобразование четности, называют псевдовекторами, или аксиальными векторами. Например, магнитное поле в физике – это поле аксиальных векторов.

Чистый тон

См. Тон, чистый тон.

Экономность идей

Economy of ideas

Мы называем объяснение или, в более общем случае, теорию экономной, если она содержит мало допущений, а объясняет многое.

Хотя она не включает обмена товарами или услугами, эта концепция не полностью лишена связи с настоящей экономикой. В ее рамках мы бы сказали, что разумное использование ограниченных ресурсов для создания ценной продукции – экономное использование этих ресурсов, так что это похожая идея.