Нарушенная симметрия

Вернемся теперь к зеркальной симметрии. Конечно же, наше отражение в зеркале отличается от нас. У нашего «двойника» немного другая прическа, родинка не на правой, а на левой щеке. Еще бо́льшая асимметрия во внутренних органах - сердце справа, полушария мозга также переместились справа налево. И все же эта асимметрия носит случайный характер. Можно представить себе человека с зеркально симметричной прической и родинкой. Да и сердце у некоторых индивидуумов, правда в виде исключения, может находиться справа.

Гораздо более важной оказывается асимметрия на молекулярном уровне. Оказывается, у всех организмов двойная спираль молекулы ДНК имеет правую спиральность, т. е. молекула эквивалентна правому (обычному) винту. Подобная асимметрия характерна и для других полимерных молекул, входящих в состав живых организмов, - белков, сахаров и др.

В такой асимметрии не было бы ничего странного, если бы законы, определяющие свойства и строение молекул, были также асимметричны. Однако ядра атомов, электроны и электромагнитное взаимодействие, связывающее ядра и электроны в молекулу, обладают зеркальной симметрией, т. е., несмотря на исходную симметрию, в природных объектах проявляется зеркальная асимметрия. Это явление называют нарушением симметрии. Произошло такое нарушение, по-видимому, случайно на некотором этапе эволюции живой материи. Возможно, среди первичных простейших биологических систем были как правые, так и левые. Однако начиная с некоторого момента правые стали доминировать, а левые естественным отбором были отброшены.

Вследствие нарушения зеркальной симметрии в живой природе организм животных усваивает лишь молекулы сахаров и белков определенного типа симметрии и практически не усваивает соответствующие зеркально симметричные молекулы.

Подобное нарушение симметрии (необязательно связанное с зеркальным отражением) встречается, конечно, не только в объектах живой природы. Обычная жидкая вода обладает изотропными свойствами (подобно изотропности пространства). Эта изотропия пропадает при превращении воды в лед. Кристаллики льда имеют выделенные направления, хотя исходные законы, по которым строится кристалл, обладают свойствами изотропии.

Упомянем еще об одном нарушении симметрии в нашем мире. Каждой элементарной частице соответствует своя античастица. Фундаментальные законы симметричны по отношению к замене частиц на античастицы. Это означает, что наряду с обычным веществом (положительное ядро и отрицательные электроны) может существовать и антивещество (отрицательное ядро и позитроны вместо электронов). Однако пока все астрономические данные свидетельствуют о том, что нигде в нашей Вселенной антивещество не наблюдается. В настоящее время предполагается, что симметрия между веществом и антивеществом была нарушена в первые доли секунды рождения Вселенной.

Явление нарушения симметрии заключается в том, что, несмотря на симметрию исходных фундаментальных законов, описывающих некоторые объекты, в природе наблюдается ассиметрия соответствующих объектов. Подобное нарушение симметрии часто встречается в природе.

Читать далее