Почему сердце находится слева, а стрелки часов движутся вправо. Тайны асимметричности мира

В эксперименте использовался радиоактивный кобальт-60. В ходе бета-распада он испускает электрон и неуловимую элементарную частицу – нейтрино. Атомы кобальта вращаются примерно так, как вращается Земля, а потому можно говорить о «северном» и «южном» полюсах, хотя определяются они произвольно. Если атомы кобальта в сильном электромагнитном поле охладить почти до абсолютного нуля, они выстроятся так, что вращаться будут в одном направлении (например, по часовой стрелке, если смотреть сверху). Они продолжат испускать электроны, но ключевой вопрос – в каком направлении. Сохранение четности предполагает, что в обоих направлениях, северном и южном. Если бы это было не так, то в зеркальном отображении картина эксперимента выглядела бы иначе, точно так же, как отличается отражение штопора в зеркале, и система не сохраняла бы положительную четность. Но это требовалось доказать. Если с «юга» электронов испускалось бы больше, чем с «севера», значит, четность не сохранялась. Электроны, как выяснилось, закручены влево. Паули называл эксперимент «весьма сенсационным», и результаты опыта за несколько дней облетели весь мир физики. Нобелевский комитет согласился с Паули и признал открытие, удостоив в 1957 году Янга и Ли Нобелевской премии по физике[201].

Людям, далеким от науки, значение открытия Янга и Ли хорошо объясняет пакистанский физик Абдус Салам, сам ставший нобелевским лауреатом в 1979 году. В письме к другу, филологу-классику, он рассказывает, почему результаты опыта так всех взволновали:

«Я спросил его, упоминали ли античные авторы о гигантах лишь с одним левым глазом. Конечно, упоминали, и он предоставил мне полный их список, но у всех, как у Циклопа в гомеровской «Одиссее», единственный глаз был в середине лба. А я полагаю, мы обнаружили, что вселенная – гигант, слепой на левый глаз».

Следствия несохранения четности разнообразны – вплоть до преобладания галактик, закрученных влево, а не вправо. Это позволяет решить и Проблему Озма, о которой речь шла в третьей главе: как объяснить пришельцу из дальнего космоса, какая из двух перчаток – левая. Решение просто, если в наличии есть оборудование, позволяющее увидеть движение множества электронов – большинство из которых в основном закручены влево, а еще лучше – нейтрино, которые закручены влево все до единого – как заметил физик Отто Фриш, нейтрино летит, словно пуля из винтовки с левой нарезкой ствола. Как только возникнет понимание, что левое соответствует направлению вращения нейтрино, так тут же и решится вопрос о том, какую перчатку считать левой. Итак, почти через двести лет после эссе Канта 1768 года Проблема Озма поучила решение в 1957-м[202].

Реальная сложность, однако, состоит в том, можно ли асимметрией слабых взаимодействий объяснить и биологическое преобладание L-аминокислот и D-углеводов. Вскоре после эксперимента Ву Джон Холдейн отметил, что предположение Пастера об асимметричности живого может отражать асимметричность самой Вселенной. Не в этом ли все дело? Может ли существовать связь между спином элементарных частиц и формами углеводов и аминокислот? Действительно, многие физики-теоретики и химики предполагали подобное и проводили немало опытов, хотя в целом и не слишком успешных: эффекты были либо очень малы и оказывались за пределом чувствительности, либо их не удавалось в полной мере воспроизвести в аналогичных экспериментах. Проблему легко понять, если принять во внимание ее численную составляющую[203].

С 1957 года теория подчеркивала, что хотя L- и D-аминокислоты похожи как в зеркале, они не являются точным зеркальным отражением друг друга, поскольку электроны в них в основном имеют левый спин. Таким образом, физические свойства D- и L-аминокислот несколько различны, в частности D-аминокислоты менее стабильны и легче разрушаются. Это означало, что в конечном счете возникнет преобладание L-аминокислот. Если этот процесс мог как-то усилиться, то и все живые организмы должны были бы полностью состоять из L-аминокислот. Это заманчивая теория, и несколько теоретиков усиленно искали доводы в ее пользу. Их вычисления показали, что преобладание L-аминокислот возникло бы обязательно, но соотношение оказалось крайне мало – около 1 на 10¹⁷. Чтобы понять, сколь малая это величина (1 часть на 100 000 000 000 000 000), вспомните, что длина окружности земного шара – около 40 тысяч километров. Если увеличить ее на 1/10¹⁷, она удлинится на полумиллионную долю миллиметра – около 4 ангстрем – на диаметр всего лишь пары атомов. То есть на крошечную величину. Если подойти к проблеме с этой стороны, трудно поверить, что столь незначительное преобладание атомов может иметь какие-то реальные биологические следствия[204].