Алиса е била права: огледалният свят съществува, но е квантов

Алиса е била права: огледалният свят съществува, само че е квантов и има друго име.

Когато писателят Луис Карол изпраща героинята си Алиса в огледалния свят, той не е имал визия какъв брой тъкмо художествената небивалица ще предскаже научните открития на бъдещето. В романа от 1871 година момичето се замисля над един чудноват въпрос: в случай че заведеш котката Дина от другата страна на огледалото, дали там ще я хранят с мляко? И най-важното – може ли това мляко да се пие? Зад привидната доверчивост на детските разсъждения се крие бездънен теоретичен проблем.

В нашия нормален свят доста предмети и феномени съществуват в двойка със своите огледални двойници. Изглежда, че отражението е тъкмо копие на оригинала, единствено че обърнато в противоположна посока. В природата обаче огледалната симетричност постоянно се нарушава, което основава необикновени свойства на външно сходните обекти. Това събитие е толкоз значимо за разбирането на основите на Вселената, че учените са го обособили в настрана събитие – хиралност.

Най-лесният метод за схващане на хиралността е образецът с човешките ръце. Дясната и лявата длан съдържат идентични детайли: пет пръста, повърхнина на дланта, идентични линии. Но пробвайте се да се „ ръкувате “ с отражението си в огледалото – дясната ръка се трансформира в лява и е невероятно да ги съчетаете идеално заради противоположното разположение на пръстите. Неслучайно терминът „ хиралност “ идва от гръцката дума за ръка.

И този феномен надалеч надвишава рамките на простите геометрични форми. В края на 40-те години на XIX в. френският академик Луи Пастьор, изучавайки кристалите на винената киселина от ферментирало вино, прави революционно изобретение. Той открива, че някои молекули могат да съществуват в две огледални форми. Външно те наподобяват като отблясъци една на друга и са формирани от безусловно идентични атоми, само че демонстрират изцяло разнообразни химични свойства. Като разделя усърдно кристалите с пинсета, Пастьор за пръв път потвърждава един изумителен факт: живите организми употребяват изборно единствено една от огледалните версии на молекулите, като че ли природата е направила избор в интерес на избрана „ ръка “.

Млечната захар, лактозата, е различен добър образец. Въпреки че и двете разновидности могат да бъдат основани в лаборатория, живите същества създават и усвояват единствено дясната форма. Нещо повече, всички познати ни организми употребяват само дясно насочени захари – ето за какво генетичната серпантина на ДНК постоянно е усукана надясно. Причините за тази „ хомохиралност “ като цяло остават една от най-големите загадки за произхода на живота.

Това значи, че една хипотетична котка в действителност не би могла да усвои „ огледалното “ мляко. Нещо по-лошо, в случай че в него има бактерии с противоположна хиралност, нито имунната система, нито антибиотиците биха били в положение да се оправят с тях. Ето за какво група водещи откриватели неотдавна насочиха съществено предизвестие: синтезирането на огледални биомолекули в лабораториите може да съставлява непредвидена опасност. Веднъж попаднали във външната среда, тези субстанции са в положение да преодолеят всички естествени бариери, основани от еволюцията, и да навредят доста на доста типове, в това число и на човечеството.

Изненадващо, само че правилото на огледалната симетричност се демонстрира освен в света на молекулите – той прониква в материята до най-малките обикновени частици. Тук като чудесно доказателство служат опитите на френския физик Огюстен Жан Френел, извършени още през 1822 година Изследвайки оптичните свойства на кварцовите кристали, ученият открива извънредно събитие: светлината, преминаваща през тях, трансформира характерностите си по необикновен метод.

Френел открива, че другите мостри кварц карат потока на светлинната вълна да се върти в противоположни направления. За да разберете този резултат, представете си, че всеки фотон – парченце светлина – оставя след себе си светлинна диря. При прекосяване на светлината през даден кристал ще забележим по какъв начин тази диря се извива надясно, сходно на спираловидно стълбище. А през различен пример от кварц светлината ще излезе с ляво завъртане.

Разбира се, актуалната физика преглежда хиралността като фундаментално свойство на обикновените частици, наред с масата и заряда. Частиците без маса, които се движат със скоростта на светлината, имат личен ъглов миг – като дребни пумпали. Посоката на тяхното въртене (спин) се дефинира от правилото на ръката: в случай че една парченце се движи по посока на палеца, нейният спин следва кривата на останалите пръсти.

При солидните частици, като електроните и кварките, картината се усложнява. Тъй като те се движат по-бавно, наблюдаващият теоретично може да ги изпревари и да види противоположната посока на придвижване. При това забележимата траектория ще се промени, по тази причина физиците разказват това свойство посредством държанието на квантовата вълнова функционалност: при завъртането на дадена парченце тя се измества наляво или надясно, според от типа на хиралността.

На процедура всяка обикновена парченце има огледален двойник. На негативно заредения лявоориентиран електрон подхожда антипозитрон – негативно заредена дясноориентирана парченце. Нашата Вселена обаче не е идентична с отражението си: слабото взаимоотношение, което провокира радиоактивния разпад, визира единствено лявоориентираните частици. Това води до обстоятелството, че някои процеси на разпад, които протичат в елементарния свят, са невъзможни в огледалния свят.

Неутриното играе неповторима роля за разбирането на фундаменталните закони на природата. В продължение на десетилетия опити учените съумяха да фиксират единствено лявоориентираната вариация на тази неуловима парченце. Така търсенето на огледалния двойник в последна сметка се трансформира в една от главните загадки на квантовата физика. Съществува ли в реалност дясноориентираната версия, или тази парченце има някакви специфични свойства, които вършат версиите ѝ неразличими? Решението може да се окаже ключът към разбирането на световните космологични процеси. Асиметричното държание на неутриното може да изясни за какво след Големия гърмеж материята не е изчезнала вследствие на конфликти с антиматерията, а е образувала следената през днешния ден Вселена.

Измисленият от Карол баснословен свят, в който логиката е обърната с главата надолу и хората честват „ не-рождени дни “ във всички дни, като се изключи датата на раждане, се оказва изненадващо непосредствен до действителността. Както виждаме, проучването на огледалната симетричност и нейните нарушавания в действителност оказва помощ на човечеството да проникне в тайните на Вселената. Но, както интуитивно усещаше Алиса, в действителност беше по-добре да не опитваме млякото от огледалния свят.