Удивительная физика. Магия, из которой состоит мир

Причина, по которой вам кажется, что у вашего зеркального отражения меняются местами левая и правая стороны, состоит в том, что вы обладаете приблизительной зеркальной горизонтальной (слева направо) симметрией (ваша левая половина похожа на зеркальное отражение правой), но не обладаете такой вертикальной (сверху вниз) симметрией (голова не похожа на зеркальное отражение ног). Чтобы понять это, представьте себе существо, состоящее из четырех квадратов – трех синих и одного красного, – которые образуют квадрат большего размера. Это существо смотрится в зеркало. Если ему кажется, что изображение в зеркале – это оно само, обошедшее вокруг зеркала и оказавшееся за ним, значит, оно думает, что зеркало переворачивает изображение, меняя местами правое и левое. Но с тем же основанием оно может предположить, что изображение попало в зеркальный мир, взобравшись на зеркало и спрыгнув головой вниз; в таком случае оно думает, что зеркало перевернуло его вверх ногами[34]. Мы не думаем о втором сценарии, потому что, стоя на голове, выглядели бы совершенно иначе. На самом же деле не происходит вообще никаких переворачиваний: ваша левая сторона остается левой и в зеркале. Вы просто воспринимаете зеркальное изображение как перевернутое.

Зеркальные симметрии накладывают на способности кристаллов важные ограничения. Например, за исключением горстки процессов, которые происходят с некоторыми элементарными частицами, наша Вселенная, по-видимому, обладает хиральной[35] симметрией: насколько нам известно, ей не свойственна ни праворукость, ни леворукость[36]. Как однажды сказал мне мой друг, профессор философии Джеймс Лейдимен, было бы очень странно собрать зеркально отраженный автомобильный двигатель и обнаружить, что он работает хуже исходного. Резьба на его болтах была бы закручена в другую сторону (их нужно было бы отвинчивать по часовой стрелке, а не против нее), но такой же была бы и резьба на гайках. Все, что выглядит в зеркале иначе, было бы перевернуто, но в целом можно предположить, что такой двигатель работал бы точно так же. Однако если отправиться в кристаллический мир кварца, там дело обстоит по-другому. Кристаллы кварца бывают правой или левой формы. Это придает им способность, которую называют «естественной оптической активностью»: когда сквозь кварц проходит поляризованный свет, плоскость его поляризации поворачивается. Чтобы увидеть этот эффект, можно использовать поляризационный фильтр – устройство, пропускающее только свет с определенной поляризацией. Если вернуться к аналогии с раскачиваемой веревкой, такой фильтр можно представить себе в виде участка ограды: колеблющаяся веревка может пройти между прутьями ограды, только если она колеблется параллельно им. Предположим, вы пропустили свет, входящий в кристалл, через фильтр и знаете, что он полностью поляризован в вертикальном направлении. Тогда вы обнаружите, что второй поляризационный фильтр, через который проходит свет, выходящий из кристалла, придется повернуть на некоторый угол – иначе свет сквозь него не пройдет. Чем большее расстояние преодолевает свет внутри кварца, тем сильнее нужно будет повернуть второй фильтр.