ОТРАЖЕННЫЙ СПИН
Нужно сразу же подчеркнуть, что «действительность» отличается от ее описания в данном разделе в такой же мере, в какой модель атома Бора не похожа на действительное строение атома. Пока мы не теряем этого из виду, такой метод является вполне допустимым и научным.
Итак, представим себе, что мы присутствуем при научном эксперименте. Но каким образом можно понять, действительно ли мы наблюдаем эксперимент или же видим только его зеркальное отражение? Оказывается, никаким. Однако в результате эксперимента ученый выводит некое математическое уравнение. И в этом случае совершенно безразлично, использовал ли он для своего вывода оригинальный опыт или же его отражение. Мы ведь указываем в математике положение тела в пространстве, задавая координаты точек х, у и z. Тогда отраженные пространственные координаты были бы -х, -у и -z.
Пусть в этих «положительных» и «отрицательных» пространствах вращаются поочередно цилиндр и конус. Впрочем, в разделе «Двух одинаковых яиц не бывает» мы уже крутили конус на горизонтально лежащем зеркале. Там его отражение было перевернуто («стояло на голове») и вращалось в том же направлении, что и оригинал, а в вертикально поставленном зеркале - в противоположную сторону. При переходе из «положительного» пространства в «отрицательное» конус как бы испытает оба отражения, т. е. он одновременно перевернется «вниз головой» и изменит направление вращения на обратное. Цилиндр же, претерпев такое отражение, будет выглядеть подобно оригиналу, ибо у цилиндра в противоположность конусу верх неотличим от низа; только вращение будет происходить в обратную сторону.
Быть может, мы поступим правильно, еще раз напомнив, сколь малы элементарные частицы, о которых мы здесь образно говорим как о шарах, конусах и цилиндрах. Атом имеет диаметр порядка 10-8см; атомное ядро составляет его 1/10 000-ную долю, т. е. диаметр ядра имеет 10- 12см. Частицы же, из которых построено ядро, еще в 100 раз мельче: их диаметр 10- 14см.
Физики Янг и Ли (о них уже рассказывалось выше) в результате теоретических расчетов пришли к выводу, что при распаде одной из элементарных частиц, называемой к -мезоном, у продуктов распада должна проявиться определенная ориентация спина, то есть разная частота появления правых и левых спинов.
У ?+ -мезона спин равен нулю. Когда такой мезон распадается, оба продукта его распада должны иметь один-правый спин, другой - левый спин [+ 1/2 + (- 1/2) = 0]. До Янга и Ли считалось, что любая из основных элементарных частиц вольна вращаться в любом - безразлично, правом или левом - направлении. Теперь ориентация спина была заранее предопределена теорией для каждой частицы.
Ввиду того что вращающиеся носители электрического заряда индуцируют вокруг себя магнитное поле, становится возможным также повлиять на направление их вращения путем приложения магнитных полей. Именно это и было сделано в эксперименте г-жи Bу, о котором мы писали выше.
Зеркально-симметричное движение, возможное в соответствии с (ложной или устаревшей) теорией, в природе не происходит! Благодаря этому нам удается с помощью такого опыта различать левую и правую стороны. Единственная необходимая предпосылка заключается в том, что получатель нашего послания живет в пределах обычной материи, а не антиматерии. Ведь у нас есть две возможности отражения: обращение направления вращения и перемена знаков заряда частиц. Существует античастица ? + -мезона - ?- -мезон. Этот ?- -мезон при своем распаде предпочитает другие направления спинов для возникающих продуктов деления.
Сравнив между собой рисунки, изображающие распад обоих мезонов, мы увидим, что в «антимире» направление спина у продуктов распада должно было бы быть таким же, как в случае зеркального отражения процесса распада в нашем мире. Симметрия вновь восстанавливается, если только рассмотреть достаточно большой участок Вселенной и принять во внимание существование античастиц.
Таким образом, симметрия мира, нарушаемая на расстояниях порядка 10-14 см, вновь восстанавливается в масштабах 1025 см. Расстояние порядка 1025 см примерно соответствует самому большому удалению, на котором наиболее мощные телескопы еще способны различать миры как раз того же размера, что и наш Млечный Путь.
Не станем умалчивать о том, что, как полагают физики, они тем временем обнаружили еще один случай распада элементарной частицы, который позволяет различать действительное и зеркальное изображения. Но в настоящее время этот вопрос представляет собой еще широкое поле для исследования.
Взгляните на интересный фотопортрет профессора Ли. Он демонстрирует не только сияющую улыбку, но и некоторые странности: мел у него в левой руке, а уравнения, относящиеся к распаду ?+ - мезона, написаны на доске зеркальным шрифтом. Возникает вопрос: не левша ли профессор Ли и не вынуждены ли его студенты читать все написанное им с помощью зеркала? Или перед нами просто зеркальный снимок? Если вы не разберетесь в этом с первого взгляда, одна маленькая подсказка: присмотритесь к профессорскому пиджаку. Читательницы теперь сразу поймут, истинная перед ними фотография или зеркальная. Но мужчинам придется пояснить. Пиджак профессора застегнут «правильно»: так же, как застегиваются все мужские пиджаки. Пуговицы расположены на правом его борту, а петли - на левом. Следовательно, мы видим фотоснимок, отображающий правильное положение предметов. Только для того, чтобы ввести зрителей в заблуждение, профессор Ли писал уравнения на доске левой рукой и зеркальным шрифтом.
ВМЕСТО ЗАКЛЮЧЕНИЯ
В известной сказке злая царица, обращаясь к своему волшебному зеркальцу, спрашивает:
Отражение в зеркале ответило и на этот, и на огромное множество самых разных вопросов, о которых мы попытались рассказать в этой книге. Когда она создавалась, одна проблема набегала на другую, и было непросто решить, что следует отбросить. Автор стремился как можно полнее реализовать способность человека к наглядному восприятию. Поэтому в книге уравнены в правах зеркало на туалетном столике и строение белковой молекулы, «на равных» обсуждаются хоккей и кристаллические структуры. Порядок величин, с которыми мы встречались, охватывает диапазон, представленный числом с 40 нулями, - от 15-15 см до 1025 см.
У автора был выбор между научной глубиной и доступностью для самой широкой читательской аудитории. И он с легким сердцем предпочел последнее. Приняв такое решение, автор обнаружил, что он далеко не одинок - многие крупные специалисты придерживались тех же позиций. И если автору казалось, что кто-то до него изложил ту или иную проблему лучше, чем смог бы это сделать он сам, то он считал нечестным по отношению к читателю подсовывать ему худший вариант.
Физик Вернер Гейзенберг (1901-1976), разработав новую теорию строения атомных ядер, писал в 1932 г.:
