Мартин Гарднер - Этот правый, левый мир

Всякому, кто задумается над возникшей проблемой, немедленно придет в голову ошеломляющая мысль: а не обладает ли само пространство в каждой своей точке некой внутренней право-левой асимметрией? И классическая физика Ньютона, и современная теория относительности с квантовой теорией предполагают, что пространство совершенно изотропно. Это означает, что любое направление в пространстве ничем не выделено среди остальных: пространство сферически симметрично. Можно ли сконструировать такую модель Вселенной, в которой пространство обладало бы внутренней право-левой асимметрией?

Оказывается, да. Математики могут предложить модель анизотропного (неизотропного) 3-пространства, в каждой точке которого задана определенная винтовая ориентация («внутренняя спиральность»), одинаковая для всех точек, иными словами, пространству сопоставлен винт с «левой» или «правой» резьбой. Модель сконструировать нелегко, так как пространство имеет сложное строение. Можно было бы подумать, что общее закручивание пространства, как в случае с листом Мёбиуса, дает что-либо подобное, но это не так. Кручение должно быть в каждой точке и при этом иметь такой характер, чтобы его влияние на слабые взаимодействия зависело от ориентации аппаратуры.

Поскольку Земля вращается в космическом пространстве, то аппаратура, используемая для проверки четности, все время меняет свою ориентацию, однако результат проверки от этого не меняется. Нужна такая модель пространства, которая обладает тонкой, ненаблюдаемой «зернистой» структурой, приводящей к асимметричному однородному закручиванию независимо от пространственной ориентации частицы, подверженной воздействию этого кручения.

Если допустить, что такая «зернистая» микроструктура пространства действительно существует, то можно понять, почему четность нарушается только в слабых взаимодействиях. В сильных взаимодействиях неуловимое, мгновенное закручивание пространства можно просто не принимать в расчет. Если катить шар по не очень гладкому желобу, то при достаточно большой скорости дефекты поверхности практически не влияют на его движение. Если же мы пустим шар размером с горошину или просто сообщим ему небольшую скорость, то волнистость желоба может заметно исказить траекторию. Именно поэтому быстротечные сильные взаимодействия могут оказаться не чувствительными к асимметрической микроструктуре пространства-времени. Точно так же эта «зернистость» не сказывается на движении больших, макроскопических тел — бильярдных шаров и планет, а также на движении квантов излучения, происходящем со скоростью света. Эта микроструктура заметна лишь в медленных процессах слабого взаимодействия элементарных частиц.

Многие физики склонны придерживаться именно такого толкования существа проблемы. Например, Отто Фриш из Кембриджа в упоминавшейся выше книге «Атомная физика сегодня» задает такой вопрос: «Можно ли считать, что кобальт не был бы радиоактивным, если пространство не было бы закручено?» Лично мне кажется, что, несмотря на заманчивость этой теории, большинство физиков, специализирующихся в теории элементарных частиц, все же ответили бы на этот вопрос отрицательно.

Дело в том, что гораздо более слабые, чем силы слабого взаимодействия, силы тяготения, тесно связанные с пространственно-временной структурой космоса, никогда не обнаруживали такого рода асимметрии, хотя именно здесь ее следовало бы ожидать. Правда, силы тяготения настолько слабы, что их влиянием на уровне элементарных частиц обычно пренебрегают, но если общая теория относительности справедлива, то тяготение — это лишь иной способ описания инерции. Частицы обладают инертной массой. Во всех поставленных до сих пор экспериментах не было ни малейшего указания на наличие асимметрии инерции. Этот факт чрезвычайно трудно совместить с представлением о закрученном пространстве. Все законы природы, за единственным исключением законов, управляющих слабыми взаимодействиями, проявляют полнейшее безразличие к правому или левому. Поэтому вполне понятно, что физики склонны придерживаться классической идеи изотропности пространства [54].

К счастью, существует другой подход к описанию слабых взаимодействий, в котором неодинаковая роль правого и левого направлений может быть понята без привлечения «зернистой» закрученной структуры пространства-времени. В основе этого подхода лежит предположение о том, что вследствие каких-то — пока нам абсолютно неизвестных — причин некоторые элементарные частицы имеют в действительности асимметричную пространственную структуру. Мы уже видели, как трудно было в свое время химикам поверить в то, что атомы, соединяясь в молекулы, могут образовывать при этом асимметричные пространственные структуры валентных связей. Лишь открытие стереоизомеров окончательно рассеяло сомнения. Многие физики считают, что наше теперешнее понимание свойств элементарных частиц находится на уровне знания молекул накануне открытия стереоизомеров.