Симметрия и асимметрия в математике, искусстве, философии, астрономии, зоологии, анатомии, химии, ядерной физике — предмет волнующих открытий для всех любознательных. Почему у нарвала бивень имеет левую «резьбу»? Будут ли марсианские асимметричные вирусы пагубны для космонавтов, а земные — для марсиан? Что такое «бустрафедон» и какое это отношение имеет к двум крупнейшим научным открытиям последнего десятилетия — ниспровержению физиками закона сохранения четности и открытию биологами винтообразного строения молекулы, которая несет генетический код? Об этом и еще очень многом из правого, левого мира вы сможете прочитать в этой живой и занимательной книге.
От автора
«1957 год был, наверное, одним из самых волнующих в истории ядерной физики, — писал Д. Багг в рецензии на книгу по бета-распаду в августовском номере журнала „Нью-сайентист“
[1]
за 1962 год. — В начале этого года из лаборатории в лабораторию с быстротой молнии передавалась новость: четность не сохраняется! Профессора разводили руками и возбужденно разглагольствовали о спине, о зеркалах, об антимирах; даже студенты чувствовали, что вот-вот должно произойти нечто выдающееся».
Широкая публика тоже понимала, что случилось что-то из ряда вон выходящее. Все стало ясно, когда два американских физика китайского происхождения — Ли Чжэн-дао и Ян Жэнь-нин — были удостоены Нобелевской премии за свою работу, которая привела к ниспровержению четности. Но что такое четность? Как она «пала»? Из-за чего физики так волновались?
К счастью, чтобы понять ответы на эти вопросы, глубоких знаний по физике и математике не требуется, но необходимо четко разбираться в смысле право-левой симметрии и понимать ту роль, которую сыграла эта симметрия в новейшей истории физики и биологии. Нашу книгу мы начнем с вопроса о зеркалах, кажущаяся простота которого обманчива. Изучив природу зеркальных отражений в одном, двух и трех измерениях, мы поговорим о роли симметрии в фокусах и изобразительном искусстве, а затем перейдем к широкому исследованию право-левой симметрии и асимметрии в природе. Кульминационным пунктом нашего исследования будет несохранение четности, и в этой связи мы попытаемся коснуться самых глубоких загадок современной физики.
В 1958 году на конференции в Женеве было сделано сообщение об одном открытии в физике элементарных частиц. Оно устраняло трудность, давно беспокоившую Ричарда Фейнмана, специалиста по квантовой теории (мы встретимся с ним в главе 22). «Новость застала доктора Фейнмана в буфете, — писала „Нью-Йорк таймс“ от 5 сентября 1958 года, — он выскочил из очереди и сплясал джигу».
Наша книга не научит читателя квантовой механике. Она даже не объяснит ему, почему сплясал джигу доктор Фейнман. Но автор надеется, что заключительные главы книги помогут читателю-неспециалисту понять то ликующее настроение, от которого впору пуститься в пляс, охватывающее физика, когда он из макромира политики переносится в микромир элементарных частиц.
Глава 1.
Зеркала
Некоторые животные, по-видимому, не в состоянии догадаться, что зеркальное отражение — просто иллюзия. Длиннохвостого попугайчика, например, беспредельно зачаровывает собственное отражение в полированных игрушках, положенных в клетку. Трудно предположить, что именно происходит в это время в птичьей голове, но, судя по всему, попугай предполагает, что перед ним другая птица. Собаки и кошки умнее. Они сразу теряют интерес к зеркалам, как только догадываются, что отражения бесплотны. Обезьяна тоже быстро осознает иллюзорность зеркальных образов; благодаря чрезвычайной понятливости она проявляет неослабное любопытство ко всему, что видит. Шимпанзе часами играет с зеркальцем — строит рожи, разглядывает все, что у нее за спиной, изучает и сравнивает предметы и их отражение в зеркале.
Начиная читать эту книгу, лучше всего внимательно посмотреть на себя в зеркало и попытаться почувствовать хоть часть того удивления и любопытства, которое испытывает в этом случае шимпанзе. Представьте себе, что одна из стен вашей комнаты сплошь зеркальная. Вы стоите перед этим огромным зеркалом и смотрите прямо на него. Что собственно вы видите?
На вас в упор глядит ваше точное изображение. Точное? Не совсем. У вашего лица, как и у любого другого, правая и левая половины не совсем одинаковы. Может быть, у вас слева пробор. Может быть, одна бровь выше другой, а на одной из щек шрам или родинка. Рассматривая себя достаточно внимательно, вы наверняка обнаружите такие асимметричные черты и заметите, что у вашего двойника в зеркале все они переставлены слева направо и наоборот. Например, пробор у него справа.
Эта «перестановка» произошла, конечно, и с самой комнатой и со всеми вещами в ней. Это
та же самая
комната до мельчайших деталей, но все же она как-то странно
отличается
от вашей. Как говорит Алиса у Льюиса Кэрролла, вглядываясь в зеркало над камином гостиной: «В комнате все как будто получается не так».
Ну, не то чтобы все. Стулья, столы и почти все лампы выглядят точно так же, как всегда. Если поднести к зеркалу чашку с блюдцем, в нем появятся обычное блюдце и обычная чашка. Но поднесите к зеркалу часы, и в них вы сразу заметите перемену. Например, цифры расположены на циферблате не «по часовой стрелке», а против. (Это свойство часового циферблата, кстати, часто используется в детективных романах. В одном из них при расследовании таинственного убийства главной уликой служат воспоминания девушки, которая запомнила показания часов. Потом оказывается, что, приоткрыв дверь и быстро взглянув на часы, она не поняла, что видит всего лишь их отражение в зеркале. Поэтому время, конечно, было замечено неправильно.)
