Алиса в Зазеркалье

Привет, Капибары. Вот на ваш суд небольшой фотосет). 

От живой материи до молекул и элементарных частиц — мир состоит из «хиральных» объектов, которые отличаются от своих отраженных форм.

После своих приключений в Стране чудес вымышленная Алиса прошла сквозь зеркало над камином в романе Льюиса Кэрролла «Алиса в Зазеркалье » (1871) , чтобы увидеть, чем отражённый мир отличается от её собственного. Она обнаружила, что все книги написаны наоборот, а персонажи «живут задом наперёд», управляя миром, где следствия опережают причины.

Когда предметы в зеркале выглядят по-разному, учёные называют их хиральными. Например, руки хиральны. Представьте, что Алиса пытается пожать руку своему отражению. Правая рука в зеркальном мире становится левой, и невозможно идеально выровнять их для рукопожатия, потому что пальцы согнуты в неправильную сторону. (На самом деле, слово «хиральность» происходит от греческого слова, означающего «рука».)

Опыт Алисы отражает нечто глубокое в нашей Вселенной: сквозь зеркало всё выглядит иначе. Поведение многих знакомых объектов, от молекул до элементарных частиц, зависит от того, с каким зеркальным отражением мы взаимодействуем.

Зеркальное молоко

В начале «Сквозь зеркало » Алиса подносит свою кошку Китти к зеркалу и грозится столкнуть её на другую сторону. «Интересно, дадут ли там молоко? Может быть, молоко из Зазеркалья не годится для питья», — говорит она.

Элис была права. Чуть более чем за два десятилетия до публикации книги Луи Пастер, экспериментируя с просроченным вином, обнаружил, что некоторые молекулы могут быть хиральными. Они могут существовать в различных лево- и правовращающих структурных формах, которые невозможно наложить друг на друга. Пастер обнаружил, что, хотя они содержат все те же компоненты, зеркальные копии хиральных молекул могут выполнять разные химические функции.

Лактоза, сахар, содержащийся в молоке, хиральна. Хотя синтезировать можно любую из её разновидностей, сахара, производимые и потребляемые живыми организмами, всегда правозакрученные. Фактически, жизнь, какой мы её знаем, использует только правозакрученные сахара — отсюда и генетическая лестница ДНК, которая всегда закручивается вправо. Корень этой «гомохиральности» остаётся одной из самых больших загадок, скрывающих происхождение жизни.

Китти не смогла бы переварить «зеркальное молоко». Хуже того, если бы в нём содержались бактерии с противоположной направленностью, её иммунная система и антибиотики были бы неспособны оказать сопротивление. Группа известных учёных недавно предостерегла от синтеза зеркальных форм жизни именно по этой причине: если бы им удалось сбежать из лаборатории, они могли бы обойти защитные механизмы обычных форм жизни.

Уменьшение

Продолжая движение по кроличьей норе, мы видим следы хиральности вплоть до элементарных частиц.

Работа Пастера над молекулами основывалась на предыдущем открытии Огюстена Жана Френеля, который в 1822 году обнаружил, что различные кварцевые призмы могут закручивать электрическое поле света в одном из двух направлений — по часовой стрелке или против. Если бы каждая частица света могла оставлять за собой дымовой след, то из одной призмы выходил бы правый шнек дыма, а из другой — левый.

В настоящее время физики считают хиральность фундаментальным свойством всех элементарных частиц, таким же, как заряд или масса. Частицы, не имеющие массы, всегда движутся со скоростью света, и все они обладают собственным угловым моментом, словно вращаясь волчком. Если частицы летят в направлении большого пальца, их вращение следует направлению сгибания пальцев — как на правой, так и на левой руке.

Для массивных частиц, таких как электроны и кварки, ситуация несколько сложнее. Поскольку массивная частица движется медленнее, быстрый наблюдатель может догнать её и фактически изменить направление её движения, тем самым изменив её кажущуюся хиральность. По этой причине, описывая хиральность массивных частиц, физики часто обращаются к математическому описанию квантовых свойств частицы. При вращении частицы её квантовая волновая функция смещается влево или вправо в зависимости от её хиральности.

Почти у каждой элементарной частицы есть зеркальный двойник. Отрицательно заряженный левополяризованный электрон зеркально отражается в антипозитроне — отрицательно заряженной правополяризованной частице.

В зазеркальном мире Алиса обнаруживает, что вся логика перевернута с ног на голову: люди бегут, чтобы оставаться на месте, и празднуют «дни нерождения» во все дни, когда они не родились. Аналогично, наша Вселенная отличается от своего зеркального отражения. Слабое взаимодействие — взаимодействие, ответственное за радиоактивный распад — ощущается только левополяризованными частицами. Это означает, что некоторые частицы распадаются в обычном мире, а их аналоги в зеркале — нет.

Кроме того, есть одна частица, которая, похоже, вообще не отражается в зеркале. Нейтрино всегда наблюдалось только в своей левой форме. Физики, изучающие элементарные частицы, исследуют, существует ли правополяризованное нейтрино или же зеркальные отражения нейтрино просто идентичны, что может помочь объяснить, почему во Вселенной есть что-то, а не ничего .

Мы можем многое узнать о нашем мире, глядя в зеркало. Только будьте осторожны, не пейте молоко.

Источник: www.wired.com