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.

---

Молекулы полиэтилена образуют длинные цепочки

Великий Архимед (около 285-212 гг. до н. э.) первым описал «ковровую» спираль. В честь его она и получила название «архимедова спираль» (или «спираль Архимеда»). Спираль же, которую мы рассмотрели на примере отслужившей свой срок часовой пружины, называется логарифмической. Иногда трудно точно определить, с какого вида спиралью мы столкнулись. В большинстве своем это переходные типы между архимедовой и логарифмической спиралями.

Бороздки на долгоиграющих пластинках представляют собой архимедовы спирали. Напротив, природа предпочитает спирали логарифмические. На это у нее свои веские основания, о которых мы уже говорили при описании сосновых шишек и раковин и которые связаны с образованием поверхностью капли краевого угла. Именно этот угол приводит к возникновению логарифмической спирали - ведь она пересекает прямую, проведенную из центра в любом месте под одинаковым углом.

Как же соотносятся между собой спирали на противоположных торцах скатанного в рулон ковра? Они образованы одним и тем же ковром при скатывании его в одном направлении. И тем не менее одна спираль закручивается налево, а другая - направо. Они ведут себя как изображение и его зеркальное отражение.

У архимедовой спирали расстояния между витками всегда одинаковы

Если вы этому не поверите - а осознать это нелегко, - то скатайте лист бумаги и согните получившийся ролик таким образом, чтобы его концы располагались рядом друг с другом.

Теперь отчетливо видно, что спирали направлены в противоположные стороны. Возьмите ножницы и разрежьте бумажный ролик поперек. Одним махом вы образовали две новые противонаправленные спирали. Это ошарашивает почти так же, как разрезание ленты Мёбиуса (см. раздел «Чарли Чаплин и морской узел»). Некоторые виды пауков строят свою сеть в форме спирали. Представим себе, что два зоолога находят такую вот сеть. По мнению одного из них, она представляет собой правозакрученную спираль. Но другой зоолог случайно оказывается по другую сторону паутины. И он станет возражать. Его паук ткет в левом направлении. На этом примере мы снова видим, как зависят левое или правое от того, где находится наблюдатель.

У логарифмической спирали все время выдерживается постоянный угол относительно оси (раковина улитки)

Вопрос еще больше усложняется, если нет ясности, как построена спираль: от центра к периферии или от периферии к центру. Попросим кого-нибудь нарисовать правую спираль от внутренних витков к наружным. Потом прикроем его рисунок, и пусть он изобразит правую спираль снаружи внутрь. Естественно, при этом появится зеркальное изображение первой спирали.

Пожалуй, стоит еще немного поразмыслить о разрезанном бумажном ролике. Вследствие разделение ролика на две части возникли две зеркальные спирали. Но ведь это должно означать, что если соединить, составить вместе две зеркальные спирали, то они исчезнут совсем. И они действительно исчезают! На этом основано много фокусов. Но и физики тоже сталкиваются с такой проблемой, когда они прибегают к моделям при описании взаимодействия противоположных зарядов (положительного и отрицательного).

Фокус с физической подоплекой. Если потянуть за один конец шнура, он весь целиком смотается с палки. Противоположно направленные обмотки снимаются сами собой

Американский физик и писатель Чарлз Говард Хинтон использовал для этой цели спиральную модель. (Мы уже упоминали о Хинтоне в разделе «Лайнландия и Флатландия»). Взяв большим и указательным пальцами одной руки палку с прижатым к ней шнуром за середину, свободной рукой он намотал обе половины шнура вокруг палки в виде правой и левой спиралей. Затем он отпустил прижатую середину шнура и потянул за оба его свободных конца, концы при этом смотались с палки. Один важный момент: на палке по обе стороны от прижатого места должно быть одинаковое число витков! Дело в том, что каждый правый виток должен сниматься соответствующим левым витком (или наоборот). В этой модели изображение и его зеркальное отражение взаимно уничтожают друг друга. Идея профессора Хинтона нашла особенно благодатную почву у писателей-фантастов.

Антипротон Р сталкивается в пузырьковой камере с протоном р, и они распадаются на 5 я- мезонов

В физике удалось доказать наличие античастиц, и все физики поголовно убеждены в существовании антиматерии. «Анти» - означает здесь, по существу, то же, что и «противоположно направленный». Электрические заряды имеют противоположные знаки, все направления вращения тоже меняются на обратные. И за это ухватились люди, наделенные фантазией. Если спираль может быть «стерта» ее зеркальным отражением, то, по их мнению, это должно быть справедливо и для генной спирали, и вообще для любых случаев зеркального соответствия. А тогда, делают они следующий вывод, возникновение каждого гена в нашем мире сопровождается появлением зеркального отражения этого гена в «антимире».

В научно-фантастической литературе гипотетические столкновения между нашим миром и «антимиром» всегда кончаются плохо. В одной из подобных историй рассказывается о том, удалось построить туннель между обоими мирами, по которому должен пройти поезд. При пересечении антиграницы водителю следовало перевести рычаг налево. И вдруг, к своему удивлению, он видит этот рычаг уже с левой стороны. Прежде чем он понимает, что весь поезд теперь превратился в свое отражение и рычаг нужно поворачивать вправо, становится поздно. Происходит катастрофа.

Спин. Элементарные частицы 'вращаются'. Спин нельзя ни увеличить, ни уменьшить

А может быть, «антинесчастье» - это счастье? Нет, это не так, во всяком случае, с точки зрения физики. Несчастье и в отраженном виде остается несчастьем. Мы, само собой, употребляем здесь выражение «анти» в ином смысле, нежели это принято в философии и политике.

ДЫРКИ В МАТЕРИИ

Поскольку материя и антиматерия взаимно уничтожаются с высвобождением энергии (Этот процесс получил в физике название «аннигиляция» - Прим. перев), можно предполагать, что никто до сих пор антиматерии не видел и все с нею связанное существует лишь в человеческом воображении. Однако это не так! Еще в 1933 г. был открыт позитрон - античастица электрона. А двумя годами раньше аналогичная позитрону частица наблюдалась в космическом излучении. С тех пор крупные научные центры весьма усердно трудятся над получением всевозможных античастиц.

Теперь нам следует вспомнить, что окружающие нас материальные тела состоят главным образом из «пустот».

Начнем с атомов. Характерный размер этих образований, которые можно представить себе как маленькие шарики, около 10-8см. Вся мизерность этой величины гораздо ощутимее, когда она представлена дробью: единицей, деленной на единицу с восемью нулями.

Каждая координатная система с правой ориентировкой может быть путем отражения преобразована в левостороннюю

Общеизвестно, что атом состоит из положительно заряженного, ядра и электронной оболочки. Ядро имеет в поперечнике 10-12см. Это значит, что на отрезке, равном диаметру атома (10-8см), можно расположить в ряд 10 тыс. атомных ядер (10-12см). Следовательно, атом почти пустой и ядро составляет лишь ничтожную долю его объема.

Если мысленно спрессовать атомы до размеров их ядер, то в одной двадцатикопеечной монете их вместится столько, что ее масса составит 50 млн. т.

Итак, диаметр атома измеряется величиной порядка 10-8см. Поразмыслим-ка над тем, что это означает. На отрезке длиной 1 см можно уложить более 100 млн. атомов. А кубик с ребром в 1 см содержит около 1024 атомов. Сравните: население Советского Союза составляет несколько более 2,62 • 108 (262 млн.) человек. А всего на земном шаре сейчас проживает свыше 4,5 • 109, то есть порядка 4,5 млрд. человек. Но понадобился бы триллион миров с населением в один триллион каждый, чтобы получить число, равное количеству атомов в 1 см3.

Цилиндр без особых отличительных признаков при переходе в противоположно ориентированную систему координат меняет лишь направление своего вращения (сверху). Конус, кроме того, меняет и свое положение (снизу)

И тем не менее атомы - еще не последний предел деления материи, это отнюдь не те простые, неделимые шарики, какими их представляли себе наши отцы и деды. Атомы сами состоят из более мелких единиц - таких, как протон, нейтрон и электрон. Кстати говоря, эти составные частицы атомов вполне могут существовать - путь лишь ограниченное время - и самостоятельно, вне атома.