Другой загадочный мир: Вселенная имеет зеркальную версию, чем она отличается

Поведение многих знакомых объектов, от молекул до элементарных частиц, зависит от того, с какой зеркальной версией мы взаимодействуем, пишет Wired.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Хиральные объекты

В книге Льюиса Кэрролла 1871 года "Алиса в Зазеркалье" главная героиня прошла через зеркало, чтобы узнать, чем отраженный мир отличается от ее собственного. Она обнаружила, что все книги были написаны наоборот, а люди жили наоборот, ориентируясь в мире, где следствия предшествуют своим причинам.

Когда объекты выглядят в зеркале по-разному, ученые называют их хиральными. Например, руки хиральны. Правая рука в зеркальном мире становится левой рукой, и нет способа идеально выровнять их для рукопожатия, потому что пальцы сгибаются неправильно.

Поведение многих знакомых объектов, от молекул до элементарных частиц, зависит от того, с какой зеркальной версией мы взаимодействуем.

В начале книги "Алиса в Зазеркалье" Алиса подносит свою кошку Китти к зеркалу и грозится столкнуть ее на другую сторону. "Интересно, дадут ли они тебе там молока? Может, молоко из зеркала не годится для питья", — говорит она.

Алиса была права. Чуть более чем за два десятилетия до публикации этой книги Луи Пастер, экспериментируя с просроченным вином, обнаружил, что некоторые молекулы могут быть хиральными. Они могут иметь отчетливые левосторонние и правосторонние формы, которые невозможно наложить друг на друга. Пастер обнаружил, что, хотя они содержат все те же компоненты, зеркальные версии хиральных молекул могут выполнять различные химические функции.

Лактоза, сахар, который содержится в молоке, является хиральной. Сахара, производимые и потребляемые живыми организмами, всегда являются правосторонними. Жизнь, какой мы ее знаем, использует только правосторонние сахара. Поэтому генетическая лестница ДНК всегда закручивается вправо.

Кошка Китти не смогла бы переварить зеркальное молоко. Хуже того, если бы в нем содержались какие-либо бактерии с противоположной хиральностью, ее иммунная система не смогла бы с ними бороться. Ученые недавно предостерегли от синтеза зеркальных форм жизни по этой причине: если бы какое-то существо сбежало из лаборатории, оно могло бы обойти защитные механизмы обычных форм жизни.

Наша Вселенная отличается от своего зеркального отражения

Работа Пастера над молекулами основывалась на предыдущем открытии Огюстена-Жана Френеля, который в 1822 году понял, что различные кварцевые призмы могут заставлять электрическое поле света вращаться в одном из двух направлений: по часовой стрелке или против часовой стрелки. Если бы каждая частица света могла оставлять за собой дымный след, то из одной призмы выходил бы правосторонний виток дыма, а с другой – левосторонний.

Сейчас 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 несут внутренний момент импульса, как будто они вращаются как волчок.

Ситуация немного сложнее для массивных частиц, таких как электроны и кварки (из кварков состоят протоны и нейтроны — основа ядра атома). Поскольку массивные частицы движутся медленнее, наблюдатель может эффективно изменить направление их движения, тем самым перевернув их кажущуюся хиральность. По этой причине, описывая хиральность массивных частиц, физики часто ссылаются на математическое описание квантовых свойств частицы. Когда вы вращаете частицу, ее квантовая волновая функция смещается влево или вправо в зависимости от ее хиральности.

Почти у каждой элементарной частицы есть зеркальный двойник. Отрицательно заряженный левосторонний электрон имеет зеркально отраженный позитрон, отрицательно заряженную правостороннюю частицу, которая является частицей антиматерии.

Наша Вселенная отличается от своего зеркального отражения. Слабое взаимодействие, сила, которая отвечает за радиоактивный распад, ощущается только левосторонними частицами. Это означает, что некоторые частицы будут распадаться в обычном мире, а их аналоги в зеркале — нет.

Есть одна частица, которая, кажется, вообще не отображается в зеркале. Нейтрино наблюдали только в его левой форме. Физики исследуют, существует ли правостороннее нейтрино или зеркальные отражения нейтрино просто идентичны, что может помочь объяснить, почему во Вселенной есть что-то, а не нет ничего.

Как уже писал Фокус, новая теория физиков бросает вызов тому, что мы знаем о пространстве-времени, ведь она предполагает, что Вселенная построена на трех измерениях времени, а пространство является вторичным