Інший загадковий світ: Всесвіт має дзеркальну версію, чим він відрізняється

Поведінка багатьох знайомих об'єктів, від молекул до елементарних частинок, залежить від того, з якою дзеркальною версією ми взаємодіємо, пише Wired.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Хіральні об'єкти

У книзі Льюїса Керролла 1871 року "Аліса в Задзеркаллі" головна героїня пройшла через дзеркало, щоб дізнатися, чим відображений світ відрізняється від її власного. Вона виявила, що всі книги були написані навпаки, а люди жили навпаки, орієнтуючись у світі, де наслідки передують своїм причинам.

Коли об'єкти виглядають у дзеркалі по-різному, вчені називають їх хіральними. Наприклад, руки хіральні. Права рука в дзеркальному світі стає лівою рукою, і немає способу ідеально вирівняти їх для рукостискання, тому що пальці згинаються неправильно.

Поведінка багатьох знайомих об'єктів, від молекул до елементарних частинок, залежить від того, з якою дзеркальною версією ми взаємодіємо.

На початку книги "Аліса в Задзеркаллі" Аліса підносить свою кішку Кітті до дзеркала і погрожує зіштовхнути її на інший бік. "Цікаво, чи дадуть вони тобі там молока? Може, молоко з дзеркала не годиться для пиття", — каже вона.

Аліса мала рацію. Трохи більше ніж за два десятиліття до публікації цієї книжки Луї Пастер, експериментуючи з простроченим вином, виявив, що деякі молекули можуть бути хіральними. Вони можуть мати виразні лівосторонні та правосторонні форми, які неможливо накласти одна на одну. Пастер виявив, що, хоча вони містять ті самі компоненти, дзеркальні версії хіральних молекул можуть виконувати різні хімічні функції.

Лактоза, цукор, який міститься в молоці, є хіральною. Цукри, що виробляються і споживаються живими організмами, завжди є правобічними. Життя, яким ми його знаємо, використовує тільки правобічні цукри. Тому генетична драбина ДНК завжди закручується вправо.

Кішка Кітті не змогла б перетравити дзеркальне молоко. Гірше того, якби в ньому містилися якісь бактерії з протилежною хіральністю, її імунна система не змогла б з ними боротися. Учені нещодавно застерегли від синтезу дзеркальних форм життя з цієї причини: якби якась істота втекла з лабораторії, вона могла б обійти захисні механізми звичайних форм життя.

Наш Всесвіт відрізняється від свого дзеркального відображення

Робота Пастера над молекулами ґрунтувалася на попередньому відкритті Огюстена-Жана Френеля, який 1822 року зрозумів, що різні кварцові призми можуть примушувати електричне поле світла обертатися в одному з двох напрямків: за годинниковою стрілкою або проти годинникової стрілки. Якби кожна частинка світла могла залишати за собою димний слід, то з однієї призми виходив би правобічний виток диму, а з іншої — лівобічний.

Зараз фізики вважають хіральність фундаментальною властивістю всіх елементарних частинок, такою самою, як заряд або маса. Частинки, що не мають маси, завжди рухаються зі швидкістю світла, і всі вони несуть внутрішній момент імпульсу, начебто вони обертаються, наче дзиґа.

Ситуація трохи складніша для масивних частинок, таких як електрони і кварки (з кварків складаються протони і нейтрони — основа ядра атома). Оскільки масивні частинки рухаються повільніше, спостерігач може ефективно змінити напрямок їхнього руху, тим самим перевернувши їхню уявну хіральність. З цієї причини, описуючи хіральність масивних частинок, фізики часто посилаються на математичний опис квантових властивостей частинки. Коли ви обертаєте частинку, її квантова хвильова функція зміщується вліво або вправо залежно від її хіральності.

Майже кожна елементарна частинка має дзеркального двійника. Негативно заряджений лівобічний електрон має дзеркально відбитий позитрон, негативно заряджену правобічну частинку, яка є частинкою антиматерії.

Наш Всесвіт відрізняється від свого дзеркального відображення. Слабка взаємодія, сила, яка відповідає за радіоактивний розпад, відчувається тільки лівосторонніми частинками. Це означає, що деякі частинки будуть розпадатися у звичайному світі, а їхні аналоги в дзеркалі — ні.

Є одна частинка, яка, здається, взагалі не відображається в дзеркалі. Нейтрино спостерігали тільки в його лівій формі. Фізики досліджують, чи існує правостороннє нейтрино або дзеркальні відображення нейтрино просто ідентичні, що може допомогти пояснити, чому у Всесвіті є щось, а не немає нічого.

Як уже писав Фокус, нова теорія фізиків кидає виклик тому, що ми знаємо про простір-час, адже вона передбачає, що Всесвіт побудований на трьох вимірах часу, а простір є вторинним