Пути в незнаемое

Казалось бы, этот закон нарушается в повседневной жизни. Ведь мы имеем много примеров нарушения зеркальной симметрии в природе. Люди имеют сердце с левой стороны. Для соблюдения зеркальной симметрии должно было быть равное количество левосердечных и правосердечных людей. Однако при более внимательном взгляде противоречие разъясняется. Чтобы в этом разобраться лучше, рассмотрим не такой сложный объект, как человек. Существует, например, два типа кварца, которые по своему молекулярному строению зеркально подобны, как правая и левая рука. Эти два типа кварца встречаются на земле в различных количествах. То же относится и к другим минералам. Поэтому асимметрию в живой природе можно объяснить тем, что пища или «строительный материал», встречающийся в природе, не имеет зеркальной симметрии. Тогда вопрос сводится к гораздо более простому — к нарушению зеркальной симметрии в мертвой природе. В связи с этим следует вспомнить об одном удивительном опыте Пастера, который обнаружил, что могут существовать две зеркально симметричные формы одного и того же вещества. Было известно, что свет, проходя через виннокаменную кислоту, встречающуюся в природе, изменяет направление поляризации (направление поляризации — это направление электрического поля в световой волне).

После того как свойства естественной виннокаменной кислоты были хорошо изучены, химики получили искусственную виннокаменную кислоту. По всем физическим и химическим свойствам она не отличалась от виннокаменной кислоты, встречающейся в природе. К колоссальному удивлению физиков и химиков того времени, когда через синтезированную кислоту пропустили поляризованный свет (свет с постоянным направлением поляризации), то обнаружилось, что, в отличие от естественной кислоты, свет не изменяет направления поляризации.

Пастер сделал предположение, что искусственная кислота представляет собой смесь двух зеркально симметричных форм (таких, как правая и левая рука). Один тип кислоты поворачивает направление поляризации направо, а другой — налево, — в результате направление поляризации не изменяется.

Для доказательства этой гипотезы Пастер вырастил в искусственной кислоте колонию микробов, которые пожирают виннокаменную кислоту. Пастер рассуждал так: микробы приучены к поглощению той кислоты, которая есть в природе, поэтому оставшаяся часть искусственной кислоты будет представлять форму зеркально симметричную естественной кислоте.

Что же обнаружилось? По мере того как микробы размножались в искусственной кислоте, направление плоскости поляризации проходящего света все более и более поворачивалось. Если естественная кислота поворачивала плоскость поляризации направо, то синтезированная кислота после размножения микробов стала поворачивать плоскость поляризации налево. Можно представить себе волнение и радость Пастера, когда его догадка подтвердилась таким удивительным и неожиданным способом. Это, наверное, единственный случай в истории физики, когда физическое открытие было сделано с помощью микробов.

Таким образом, Пастер блестяще доказал свою гипотезу и, кроме того, показал, что уже низшие организмы имеют приспособления, отличающие предмет от его зеркального отражения. Тот факт, что при любом способе искусственного получения вещества обе зеркальные формы появляются в одинаковом количестве, лишний раз подтверждает симметрию законов природы относительно зеркального отражения.

Зеркальную асимметрию в живой природе следует объяснять не нарушением зеркальной симметрии законов природы, а историческими причинами (одна из возможных причин асимметрии — вращение Земли — дает некоторое преимущество одной из зеркальных форм по сравнению с другой, но это преимущество совершенно недостаточно для объяснения наблюдаемого различия).

В той части земли, где впервые возникла жизнь, случайно оказалось больше, скажем, «правого строительного материала», чем «левого», и поэтому возникла одна из зеркальных форм, которая затем наследовалась. Что же касается различия в распространенности правых и левых минералов, то это различие можно объяснить тем, что во время их образования в окружающем веществе были сильные скручивающие напряжения или если это была жидкость, то сильные вихревые движения.

Физики пришли к убеждению, что все законы природы в нашем мире и в мире, зеркально отраженном, будут одинаковы.

Нарушение зеркальной симметрии в радиоактивном распаде

Примерно десять лет тому назад начались первые неувязки с этим законом. Была обнаружена частица (К-мезон), которая может распадаться либо на две, либо на три других частицы (пи-мезоны). Анализ этих опытов привел физиков к заключению, что здесь нарушается зеркальная симметрия. Она запрещает К-мезону распадаться обоими способами.