Георгий Гамов - Мистер Томпкинс внутри самого себя

— Ну и что такого? — возразил я. — Если я куплю себе пару новых туфель, то могу надеть правую туфлю на левую ногу, а левую — на правую ногу и чувствовать себя вполне комфортно. И пробор я могу сделать с той же самой стороны, с какой его делают другие.

— В этом вы совершенно правы, — кивнул биохимик, — но существует гораздо более серьезная проблема. Если вы подойдете вот к этой доске, то я постараюсь объяснить вам, в чем она заключается.

Взяв кусок мела, биохимик начертил на доске две простые фигуры.

— Концы этих крестов я обозначил четырьмя различными буквами. Буквы расположены совершенно одинаково, если не считать, что буквы А и С у одного креста переставлены по сравнению с теми же буквами у другого креста.

— Это элементарно, — заметил я, — ведь вторая фигура есть не что иное, как зеркальное отражение первой.

— Совершенно верно. Как математик, вы, конечно, знаете, что как бы мы ни поворачивали вторую фигуру, не выводя ее из поверхности, на которой она начерчена, ее невозможно совместить с первой фигурой так, чтобы все буквы совпали. Разумеется, если вторую фигуру вывести из поверхности и перевернуть, то тогда ее можно будет совместить с первой фигурой. Но для этого необходимо трехмерное пространство, т. е. на одну размерность больше, чем мы использовали, когда вычерчивали фигуру. Если же ограничиться размерностью два, то эти две фигуры не могут быть наложены друг на друга, т. е. неодинаковы.

— Совершенно верно, — подтвердил я. — Точно так же мне понадобилось бы выводить трехмерные туфли и ботинки на правую ногу в четвертое измерение, чтобы превратить их в туфли и ботинки на левую ногу.

— Поскольку вы математик, — продолжал биохимик, — все это кажется вам очень элементарным. Но перейдем к биохимическим последствиям. Ваше тело состоит из органических молекул. Все они содержат атомы углерода, каждый атом углерода, как принято у нас говорить, четырехвалентен, т.е. обладает способностью присоединять к себе четыре других атома или группы атомов. Такие молекулы не плоские, а трехмерные. Атом углерода располагается в центре тетраэдра, а четыре группы или атома — в его вершинах. Если две группы или более одинаковы, то независимо от того, в каких вершинах тетраэдра они расположены, молекулы всегда можно повернуть так, что они станут совершенно одинаковы, иначе говоря, за исключением того случая, когда все четыре группы в вершинах тетраэдра различны, зеркальное отражение молекулы неотличимо от самой молекулы. Разумеется, на практике часто случается, что четыре группы, присоединенные к центральному атому углерода, различны, поэтому очень многие органические соединения существуют в двух формах — правой и левой, или, как говорят, декстро- и лево-формах. Правые и левые разновидности молекул являются зеркальными отражениями друг друга. Правые формы не переходят в левые, а левые — в правые при любых вращениях.

Другое дело, если бы можно было выйти в четырехмерное пространство.

— Все понятно, — кивнул я. — Мои правые молекулы стали левыми, а левые — правыми. А какая разница?

— В обычной органической химии разницы никакой. Такие свойства, как растворимость, точка кипения или энергия, необходимая для синтеза молекул, совершенно одинаковы и у правых, и у левых молекул.

А поскольку свойства одинаковы, природа не отличает левые молекулы от правых, и когда химик-органик синтезирует такие соединения, половина молекул получается правыми, а половина — левыми.

— А в чем проблема? — поинтересовался я.

— Проблема заключается в том, — пояснил биохимик, — что вы теперь представляете собой необычную смесь органических соединений. Правые и левые молекулы одинаковы во всех отношениях, кроме их отношения к некоторым молекулам, обладающим способностью отличать левые формы от правых. Наглядно это можно себе представить следующим образом. У человека обычно две ноги, поэтому пара обуви, состоящая из одного правого и одного левого башмака, его вполне устроит. Но предположим, что мы имеем дело с одноногим человеком, у которого ампутирована левая нога. Ему нужен только правый башмак, и он легко может отличить правый башмак от левого. Поразительный, но, тем не менее, твердо установленный факт заключается в том, что любое химическое соединение, существующее в левой и правой форме, представлено в нашем теле молекулами только одной из форм, т.е. как бы толпой одноногих, у каждого из которых уцелела только одна нога. Это означает, что наш организм различает правые и левые молекулы подобно тому, как единственная нога отличает правый башмак от левого.