Вернер Гильде - Зеркальный мир

• Название: Зеркальный мир
• Автор: Вернер Гильде
• Издательство: МИР
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1982

Крупный ученый из ГДР в живой и увлекательной форме знакомит читателей с одним из фундаментальных понятий современного естествознания - симметрией. Рассматриваются ее основные виды, проявления в природе и использование в науке, технике и повседневной жизни. Для широкого круга читателей.

---

СПРАВА-ТАМ, ГДЕ БОЛЬШОЙ ПАЛЕЦ

Мы теперь знаем, что «двойники» бывают не только у людей, но и у кристаллов. Специалисты уверяют, и это кажется правдоподобным, что ряды атомов и молекул в двойниковых кристаллах соотносятся между собой так же, как прямое и зеркальное изображения. Мы говорим, следуя традиции: часть кристалла полевого шпата повернута в положение зеркального отражения. Но, конечно, мы могли бы также сказать: часть кристалла полевого шпата повернута от положения зеркального отражения в положение прямого изображения.

Здесь можно возразить, что, прежде чем появится зеркальное изображение, должно существовать прямое. Разумеется, так оно и есть, когда речь идет о зеркале. Но в кристаллах мы имеем дело с зеркальной плоскостью, или плоскостью (зеркального) отражения, то есть с плоскостью симметрии. А плоскость симметрии - это не зеркало из стекла или металла, хотя со словами «зеркало», «зеркальная» в нашем представлении ассоциируется целый ряд явлений, которые мы ожидаем здесь увидеть. В действительности же это чистая условность, вопрос определения или произвольного выбора, какую из частей двойникового кристалла я назову прямым, а какую - зеркальным изображением. Лишь в том случае, когда я сам получаю двойник или когда мне известно, в какой последовательности возникли обе половинки двойника, у меня будет известное право называть исходную (ранее возникшую) его часть прямым изображением. Но если я вижу двойниковый кристалл впервые, то какую его сторону считать зеркальным изображением - дело вкуса.

'Двойники' бывают не только у кристаллов, но и у людей, только в этом случае их называют 'двойняшки'

Мы, европейцы, пишем слева направо и потому в общем случае принимаем левую часть кристалла за исходную. Даже в газетных историях в картинках, где изо рта у персонажей вылетают «речевые пузыри», существует молчаливая договоренность между художником и читателем, что прежде говорит фигура слева, а потом фигура справа. Надо думать, у арабов или других народностей, пишущих справа налево, принят обратный порядок. Теперь представьте себе, что бывают кристаллы, с самого начала растущие «влево», и кристаллы, растущие «вправо». И действительно, уже систематический просмотр 32 классов симметрии дает несколько случаев, когда формы кристаллов как бы отображают их лево- или правосторонний рост. Известный пример такого рода - левый и правый кварц. Нужно очень внимательно присмотреться, чтобы заметить, что обе эти формы кристаллов кварца зеркально подобны одна другой.

Ну и какое же направление роста кристаллов кварца мы назовем правым (то есть приводящим к правым формам)? Конечно, такое определение будет носить сугубо произвольный характер. Обратимся к математике, где все строго подчинено логике. Там различие между координатными системами с правой и левой ориентировкой основывается на «правиле трех пальцев». Математик поднимает большой палец к небу, вытягивает указательный и сгибает средний палец. Если он использует для этого левую руку и направления координатных осей соответствуют положениям пальцев, то вся система координат является правосторонней, если правую или (что то же самое) зеркальное отражение левой, то система координат будет левосторонней. Мы видим, что и здесь левое и правое зависит от определения, которое в свою очередь непосредственно исходит из строения человеческого тела.

Удивительным образом во многих языках понятия «правое как направление» и «правое как истинное» в их словесном выражении совпадают. В немецком rechts - правое направление, а Recht - право, правда. В английском right-right. Француз говорит le droit - право, правда и a droite - направо, справа. В русском языке название известной центральной газеты «Правда» равнозначно понятию «истина», слово «право» соответствует немецкому Recht, а слова «направо», «справа» - немецкому rechts.

Левый и правый кварц соотносятся как прямое и зеркальное изображения

С другой стороны, положение сердца слева правильное, хотя встречаются люди, у которых сердце расположено справа, то есть неправильно. Физик, философ и насмешник Георг Кристоф Лихтенберг (1742-1799) разобрал проблему правого-левого в составленной им инструкции по тушению пожаров в университетском городе Гёттингене. Инструкция гласила: «Если горит какой-то дом, то необходимо прежде всего защитить правую стену дома, стоящего слева, и левую стену дома, стоящего справа. Если же, к примеру, кто-то пожелал бы защитить левую стену дома, стоящего слева, то его правая стена находится вправо от левой стены, а следовательно, - поскольку место пожара располагается справа от левой и от правой стены (так как мы приняли, что дом находится слева от места пожара) - ближе к огню, чем левая, и правая стена дома, не будучи защищена, могла бы сгореть прежде чем огонь достигнет защищенной левой стены. Чтобы запомнить все это, нужно лишь взять себе на заметку: если дом находится справа от огня, то защищать следует его левую сторону, а если слева - то правую».

Легко себе представить, что гёттингенская пожарная команда, руководствуйся она этой инструкцией, дала бы сгореть половине города, прежде чем ее члены пришли наконец к единому мнению насчет левой стены у правого дома.

Для нас не состьавляет никакого труда определить понятие «внизу». Пока человек находится в поле тяготения небесного тела (чаще всего Земли), вниз - значит и в направлении действия силы тяжести. Это - направление, в котором падает камень. К числу эффектных номеров, которые демонстрировали космонавты телезрителям, относится свободное парение тела в космическом корабле. Однако достаточно чувствительные инструменты позволяют и в космическом пространстве установить некое предпочтительное направление, которое указывает «низ».

Возраст этих кристаллов кварца из месторождения Циновец (Циннвальд) - 270 млн. лет

К сожалению, указать боковое направление не столь просто. Может быть, вы придумаете, как? Можно было бы, например, рассуждать таким образом: «Возьму-ка я проволочку и пропущу через нее электрический ток. А над проволочкой пристрою магнитную стрелку. Под действием тока стрелка отклонится. Ее Северный полюс и покажет «направо». Но тут же возникают встречные вопросы, и прежде всего: где у стрелки северный полюс? На этот вопрос вы сможете ответить, лишь указав на стрелку пальцем. Не имея уже известной и заранее обозначенной системы отсчета, определяющей северный полюс стрелки (который «на самом-то деле» является южным полюсом (Так как он притягивается северным магнитным полюсом. Однако обычно принято считать, что на севере располагается южный магнитный полюс, который и притягивает северный конец стрелки компаса. - Прим. перев)), более вразумительный ответ дать невозможно. Точно так же, не указывая пальцем, нельзя (а вернее, нельзя было) определить правое и левое направления.

Разумеется, можно рекомендовать ровно в полдень встать спиной к солнцу, тогда лицом вы будете обращены на север, слева от вас будет запад, справа - восток. Но такая инструкция предполагает, что мы находимся в северной половине земного шара. Для Австралии то же правило должно звучать иначе, поскольку солнце там в полдень находится на севере. А как будет выглядеть это правило на Луне?

Следовательно, правую сторону нельзя определить, не показав на нее и не сказав при этом, что это именно правая сторона. Несколькими строчками выше мы не случайно уточнили в скобках, что «вернее, нельзя было» определить. Дело в том, что физики, к собственному немалому удивлению, нашли способ, как объяснить, не прибегая к прямому показу, где правое, а где левое.

По одному-единственному кристаллу кварца легко догадаться, что он может встречаться в двух формах. Стоит посмотреть на этот кристалл в зеркале, как его передняя треугольная грань окажется в положении, соответствующем другому направлению вращения. На фотографии изображен левый кварц из Гарца

История этого научного открытия опять-таки связана с Нобелевской премией, и снова (аналогично открытию дифракции рентгеновских лучей на кристаллах профессором Максом фон Лауэ) она берет начало в кафе, но на этот раз нью-йоркском. В 1956 г. там встретились два физика-теоретика, китайцы по национальности, живущие в США, - Ли Цзундао и Ян Чжэньнин (Янг). Они беседовали о симметрии в природе. Смысл их разговора (опять же весьма ученого) сводился к тому, что, хотя каждой частице соответствует античастица и каждому направлению - обратное, но в определенной области физики доказательства этого отсутствуют. Янг и Ли обсуждали некоторые эксперименты, с помощью которых, возможно, удалось бы доказать, что в известных случаях природа оказывает предпочтение какому-то одному направлению. Свои соображения они изложили в работе, которая носила название «К вопросу о сохранении четности при слабых взаимодействиях».