«Левша» по наследству

«Ненормально» завитые моллюски не такая уж редкость: они составляют примерно одну десяти­тысячную часть всех особей данного вида (прибли­зительно так же часто встречаются люди ростом больше двух метров). Интересно, что эта черта передается по наследству, как и любой другой признак.

Великий постулат

Асимметрия — непременное условие всякого дви­жения. Например, чтобы поезд сдвинулся с места, сила тяги должна стать больше противоположно на­правленной ей силы трения; для того чтобы тепло распространялось по металлическому стержню, тре­буется, чтобы один его конец был горячее другого, и т. д. Сама по себе асимметрия возникнуть не может, как не может самопроизвольно один конец кочерги нагреться, а другой охладиться. Следст­вия всегда симметричнее причин— этот принцип, сформулированный Пьером Кюри, есть наиболее общая формулировка второго начала термодинамики.

«Бог изощрен, но не злонамерен»

А. Эйнштейн

Как возникла асимметрия в живой природе! Ма­ловероятно, чтобы это произошло случайно — дело в том, что все живое имеет асимметрию «одного знака» и поэтому надо допустить, что жизнь появи­лась на Земле в «один прием», в одной луже, где случайно скопился избыток одного из антиподов. Чем не «божественное творение»! Но ничуть не легче, если считать, что асимметрия в живой приро­де возникла закономерно. На этот счет существует масса гипотез, одна фантастичнее другой. Например, Л. Пастер считал, что эта асимметрия есть резуль­тат действия каких-то несимметричных «космических сил» (с современной точки зрения — какого-то космического излучения), по В. И. Вернадскому, — не­симметрично пространство, а согласно теории Н. А. Козырева, — несимметрично время.

Пространство, время… обращение ко столь все­объемлющим понятиям не случайно: асимметрия характерна и для элементарных частиц, и для мо­лекул, и для живых существ, и для астрономических объектов. Но общей теории, связывающей такие раз­нородные явления, до сих пор не существует…

Еще один закон сохранения?

Если бы мы не умели экспериментально опреде­лять знак вращения плоскости поляризации света, то нам пришлось бы признать, что никаких зеркаль­ных изомеров вообще не существует в природе: по определению, данному еще Лейбницем, «два не­различимых состояния представляют собой одно и то же состояние».

Поведение элементарных частиц описывается уравнением Шредингера, которое является четной функцией (то есть ее знак не изменяется после зер­кального преобразования координат). С этой точки зрения частица и соответствующая ей античастица неразличимы. Но в 1956 году было установлено, что в некоторых случаях четность все-таки не сохра­няется и элементарную частицу можно объективно отнести к право- или левовинтовому ряду — так же, как оптический изомер можно охарактеризовать знаком вращения плоскости поляризации света.

Эти опыты привели к формулировке так назы­ваемого принципа сохранения комбини­рованной четности. Дело в том, что четность сохраняется, если преобразование пространственных координат будет сопровождаться заменой вещества на антивещество. Это и неудивительно: если смот­реть через зеркало на правую руку- то она нам по­кажется левой — «четность» будет нарушена. Если же заменить правую руку левой, то в зеркале мы снова увидим правую руку.

Странный запрет

В «живой» природе часто встречаются виды сим­метрии, которые запрещены для «неживых» объек­тов. Например, кристалл не может иметь осей сим­метрии пятого порядка (такую ось имеет, например, пятиконечная звезда, так как при повороте на 360° она пять раз совмещается «сама с собой»), как не может он иметь осей симметрии седьмого или де­вятого порядков. Но такой вид симметрии встречается у многих обитателей моря.

Логика и факты

Было бы крайне заманчиво связать возникнове­ние асимметрии в живой природе с существованием так называемой «зарядовой асимметрии». Дело в том, что в целом наш мир, по-видимому, симмет­ричен, и поэтому каждому электрону должен, каза­лось бы, соответствовать позитрон, каждому прото­ну — антипротон и т. д. Но в действительности мы живем среди материи одного «знака». Можно пред­положить, что «истинным» зеркальным отражением молекулы, построенной из обычных атомов, являет­ся ее антипод, построенный из «антиатомов»: чело­век, обитающий в «антимире», должен не только здороваться левой рукой, но и состоять из белков, построенных из D-аминокислот. Впервые предполо­жение о неравноценности антиподов высказал в прошлом веке Л. Пастер. Но в настоящее время известен только один случай, когда четность не со­храняется — это происходит при «слабых взаимодей­ствиях», примером которых может быть β-распад радиоактивных элементов.

Самое непонятное…

Существует один любопытный способ объяснить существование «зарядовой асимметрии». У любого материального тела есть поверхность, которая отде­ляет его от пространства. Точно так же о двух телах можно только в том случае сказать, что они обособ­лены, если между ними есть какая-то поверхность раздела. Но о какой поверхности раздела можно говорить, если физический вакуум — это дейст­вительно «ничто»?! Иначе говоря, материя долж­на находиться в отношении с пространством, как взаимно дополняющие друг друга, но изготов­ленные из разного «материала» слепок и форма. Симметрия подобного рода называется антисим­метрией и ее не надо путать с «обычной» зер­кальной симметрией. Например, если у нас есть правая перчатка, черная снаружи и белая изнутри, то в зеркале мы увидим ее мнимое изображение — левую перчатку, тоже черную снаружи и белую изнутри. Но если правую черную перчатку вывер­нуть наизнанку, то получится вполне реальная левая перчатка, только снаружи белая, а изнутри черная. В этом смысле можно сказать, что «правой» материи соответствует «левое» пространство и поэтому в це­лом симметрия имеет несколько необычный вид, но все-таки сохраняется.