Պատկերացրեք, որ հնարավորություն ունենք հեռախոսով շփվել օրինակ Արկտուր աստղի (Եզնարածի համաստեղություն) մոլորակի այլմոլորակայինի հետ և ցանկանում եք նրան պատմել, թե այստեղ ինչ տեսք ունի ամեն ինչ:
Նախ, պետք է կարողանանք նրան բացատրել բառերի իմաստը: Դրա համար սկսենք բացատրել նրան թվերը՝ ասելով «տիկ՝ մեկ, տիկ-տիկ՝ երկու, տիկ-տիկ-տիկ՝ երեք…», և այլն (այս մեթոդի հեղինակն է Կորնելի համալսարանի պրոֆեսոր Ֆիլիպ Մորիսոնը):
Մեր բարեկամը բավական արագորեն կսովորի ճանաչել թվերը: Հենց որ նա սովորի մեր հաշվման համակարգը, մենք կարող ենք նրան թվերի մի ամբողջ հաջորդականություն գրել, որոնք կհամապատասխանեն զանազան ատոմների հարաբերական զանգվածներին, այսինքն թելադրել ջրածին՝ 1.008, այնուհետև դեյտերիում՝ 2.014, հելիում՝ 4.002 և այլն։ Որոշ ժամանակ մտածելով իրեն հաղորդած թվերի մասին՝ մեր բարեկամը կկռահի, որ դրանք համընկնում են իրեն հայտնի տարրերի հարաբերական զանգվածներին, և հետևաբար այդ թվերին ուղեկցող բառերը պետք է այդ տարրերի անունները լինեն։ Այսպես, քիչ–քիչ մենք կարող ենք ընդհանուր լեզու գտնել: Բայց այստեղ հարցեր են ծագում:
Պատկերացրե՛ք, որ դուք արդեն լիովին վարժվել եք ձեր նոր ծանոթին և մի գեղեցիկ օր լսում եք. «Իսկ գիտե՞ք, որ դուք զարմանալի կերպով դուր եք գալիս ինձ: Կուզեի իմանալ` ի՞նչ տեսք ունեք դուք»: Դուք սկսում եք. «Մեր հասակը մոտավորապես մեկ մետր ութսուն սանտիմետր է»: «Մեկ մետր ութսուն սանտիմե՞տր: Իսկ ի՞նչ բան է մետրը»,— հարցնում է նա: «Դե, դա հասարակ բան է. հարյուր յոթանասուն հինգ սանտիմետրը տասնչորս ու կես միլիարդ անգամ մեծ է ջրածնի ատոմի չափից», — ասում եք դուք։ Եվ սա կատակ չէ, սա այն եղանակներից մեկն է, որով երկարության ուրիշ չափ օգտագործող որևէ մեկին կարելի է բացատրել, թե ինչ բան է 1,75մ այն պայմանի դեպքում, եթե դուք չեք կարող նրան որևէ էտալոն ուղարկել, և եթե ձեզ մոտ այնպիսի առարկա չկա, որը տեսնեիք և՛ դուք, և՛ նա։ Այսպիսով` մենք կարող ենք մեր ծանոթին հաղորդել մեր հասակը: Դա հնարավոր է, որովհետև ֆիզիկայի օրենքները անփոփոխ չեն մնում մասշտաբի փոփոխման դեպքում, և հետևաբար մենք կարող ենք օգտվել դրանից` որոշելու համար, թե մեզնից յուրաքանչյուրն ինչ մասշտաբ է օգտագործում: Ահա այսպես ենք մենք մեզ նկարագրում. մեր հասակը 1,75 մ է, արտաքուստ համաչափ ենք, վերջավորություններ ունենք և այլն:
Հետո մեր արկտուրցին ասում է. «Այդ բոլորը շատ հետաքրքրական է, բայց ինչպիսի՞ն է ձեր ներքին կազմությունը»։ Այդ ժամանակ մենք նրան պատմում ենք սրտի և մնացած ամեն ինչի մասին և ասում ենք. «Մեր սիրտը ձախ կողմում է»: Ամեն ինչ դեմ է առնում այն հարցին, թե արկտուրցուն ինչպես պետք է բացատրել` ինչ է ձախը, և ինչ է աջը:
Տարբերենք աջն ու ձախը
Մի ֆիզիկական մեթոդ կա, որի միջոցով կարելի է աջն ու ձախը իրարից տարբերել: Վերցնում եք շաքարաջուր և մի կտոր բևեռացուցիչ (մի ուղղությամբ շատ փոքր ճեղքեր ունեցող թաղանթ) , որը միայն որոշակի բևեռացումով լույս (երբ լույսի ալիքը միայն մի հարթության մեջ է տատանվում, դա նշանակում է, որ միայն այդ ուղղությամբ ուղղված բևեռացուցչի միջով կանցնի) է անցկացնում, և լույսի ճառագայթ անցկացնենք նրա և մեր շաքարաջրի միջով: Մենք կտեսնենք, որ եթե ջրից հետո ճառագայթն անցկացնենք բևեռացուցչի մի ուրիշ կտորի միջով, ապա որքան հաստ է ջրի այն շերտը, որով անցնում է ճառագայթը, այնքան ավելի աջ պետք է պտտել բևեռացուցիչի երկրորդ կտորը, որպեսզի ելքում լույսի ճառագայթ երևա: Այժմ, եթե դուք փորձեք լույսն անցկացնել նույն լուծույթի միջով, բայց հակառակ ուղղությամբ, ապա կպարզվի, որ դուք դարձյալ պետք է բևեռացուցչի ելքային կտորը աջ պտտեք։ Ահա և մենք տարբերություն ստացանք աջի և ձախի միջև:
Եթե մինչև այստեղ հասաք կարդալով, ու ձեզ համարում եք ներդ, ապա կարդացեք նաև այս պարբերությունը, իսկ ոչ ներդերը կարող են բաց թողնել սա ))
* Շաքարի մոլեկուլները համեմատաբար պարզ են, և այդպիսի մոլեկուլներ կարելի է ստանալ լաբորատորիայում՝ ածխաթթու գազից և ջրից մեծ թվով միջանկյալ ձևափոխություններից հետո: Եվ այսպես, եթե դուք համանման փորձ կատարեք արհեստական շաքարով, որը քիմիապես ոչ մի բանով չի տարբերվում սովորական շաքարից, ապա կպարզվի, որ լույսի բևեռացումն այդ ժամանակ ընդհանրապես չի փոխվում: Բակտերիաները շաքարով են սնվում, և եթե բակտերիաներ լցնենք արհեստական շաքարի ջրային լուծույթի մեջ, ապա կպարզվի, որ նրանք շաքարի կեսն են ուտում միայն, և երբ նրանք ուտեն վերջացնեն այդ կեսը, ապա մնացած շաքարաջրի միջով անցկացվող լույսի բևեռացման հարթությունը կսկսի ձախ պտտվել: Դա կարելի է բացատրել հետևյալ կերպ: Շաքարը բարդ մոլեկուլ է` ատոմների որոշ համախումբ, որոնք բարդ կառուցվածք են առաջացնում: Եթե հավաքենք այնպիսի կառուցվածք, որը լինի առաջինի հայելային արտապատկերումը` պահպանելով ատոմների ցանկացած զույգերի միջև եղած բոլոր հեռավորությունները և մոլեկուլների էներգիան, ապա կենսական պրոցեսների հետ կապ չունեցող բոլոր քիմիական երևույթների համար այդ երկու կառուցվածքները զանազանելի չեն լինի: Բայց կենդանի էակները տարբերում են միմյանցից մոլեկուլների այդ երկու տեսակները: Բակտերիաները միայն մի տեսակի մոլեկուլներն են ուտում, իսկ մյուս տեսակի մոլեկուլները չեն ուտում: Այն շաքարը, որը ստացվում է շաքարի ճակնդեղից, բաղկացած է միայն մի տեսակի` աջ մոլեկուլներից, և այդ պատճառով էլ միայն մի ուղղությամբ է բևեռացնում: Միայն այս տեսակի մոլեկուլներով են սնվում բակտերիաները: Բայց երբ մենք շաքար ենք սինթեզում այնպիսի նյութերից, որոնք անհամաչափ չեն, այլ պարզ գազեր են, մենք երկու տեսակի մոլեկուլներ ենք սինթեզում հավասար քանակով: Եթե այժմ այդպիսի շաքարի մեջ բակտերիաներ են ընկնում, ապա նրանք ուտում են մի տեսակի մոլեկուլները և ձեռք չեն տալիս մյուս տեսակի մոլեկուլներին: Ահա թե ինչու մնացած շաքարաջուրը լույսի բևեռացումը մյուս ուղղությամբ է փոխում, ոչ թե սովորական ձևով: Արդյոք դա նշանակո՞ւմ է, որ կենսական պրոցեսները չեն ենթարկվում սովորական ֆիզիկական օրենքներին: Ըստ երևույթին, ոչ։ Հավանաբար կենդանի օրգանիզմներում կան շատ–շատ չափազանց բարդ մոլեկուլներ և դրանք բոլորը որոշակի կողմնորոշում ունեն։ Կենդանի օրգանիզմներին ամենաբնորոշ մոլեկուլներից են սպիտակուցային մոլեկուլները: Հիմնականում այդ մոլեկուլները ոլորված են խցանահանի նման, ընդ որում` դեպի աջ են ոլորված: Որքանով որ այժմ կարելի է պնդել, եթե մեզ քիմիական եղանակով հաջողվի ճիշտ նույնպիսի, բայց ոչ թե դեպի աջ, այլ դեպի ձախ ոլորված մոլեկուլներ ստեղծել, ապա այդ մոլեկուլները չեն կարող կատարել իրենց կենսաբանական գործառույթները, քանի որ այլ սպիտակուցային մոլեկուլների բախվելով` չեն կարող սովորական ձևով փոխազդել դրանց հետ: Ձախ պարույրը ձախ պարույրին է համապատասխանում, բայց ոչ աջին: Ահա թե ինչու աջ պարույր ունեցող բակտերիաներն իրենց քիմիական բնազդով կարողանում են աջ շաքարը տարբերել ձախից: Իսկ բացատրությունը հետևյալն է. շատ վաղուց, երբ կյանքը նոր էր ծագում, պատահական կերպով մի մոլեկուլ է առաջացել, որը հետո սկսել է բազմանալ ինքնավերարտադրությամբ: Բայց չէ՞ որ մենք հենց այդ առաջին մի քանի մոլեկուլների սերունդներն ենք միայն, և զուտ պատահական ձևով է եղել, որ այդ առաջին մոլեկուլները մի տեսակի կողմնորոշում ունեն և ոչ թե մյուս տեսակի։ Այդ մոլեկուլները կարող էին կա՛մ մի տեսակի լինել, կա՛մ մյուս, կա՛մ ձախ կողմնորոշում ունենալ, կա՛մ աջ, իսկ հետո նրանք սկսել են վերարտադրվել ու բազմանալ և ավելի ու ավելի բարդանալ:
Այս փորձից ոգևորված դուք կասեք ,-«Դե շաքար կվերցնենք, կլուծենք ջրի մեջ, կպարզվի…», Բայց մենք ոչ մի կերպ չենք կարող իմանալ, թե Արկտուր աստղի մոլորակի վրա կյանքի էվոլյուցիայի սկզբին պատահականությունը չի՞ հանգեցրել (եթե նույնիսկ այն հանգեցրել է այստեղի սպիտակուցներին համանման սպիտակուցների առաջացման) հակառակ կողմնորոշման ընտրմանը: Այնպես որ մենք չգիտենք, թե ինչպես կարելի է նրան բացատրել դա։ Այս նյութի շուրջը բավականին խորհելով դուք կհասկանաք և կորոշեք, որ դա ընդհանրապես անհնարին է:
Սակայն մեր բախտը բերել է, կա ևս մի մեթոդ: Մի գիտափորձ է կատարվել, որի արդյունքները լիակատար հանելուկ էին: Լին և Յանգը [1] մի քանի ավելի անմիջական փորձարարական ապացույցներ առաջարկեցին:
Դիտարկենք մի այնպիսի ռադիոակտիվ տրոհման երևույթ, որի ընթացքում էլեկտրոն է արձակվում, օրինակ` նեյտրոնի տրոհումը, երբ վերջինս վերածվում է պրոտոնի, էլեկտրոնի և հականեյտրինոյի: Կան ռադիոակտիվ տրոհման բազմաթիվ այլ ռեակցիաներ ևս, որոնց ժամանակ միջուկի լիցքը մեկով մեծանում է և էլեկտրոն է արձակվում: Բայց այստեղ, ահա թե ինչն է հետաքրքրական։ Եթե չափենք այդ էլեկտրոնի պտույտը (իսկ էլեկտրոններն արձակվում են` պտտվելով սեփական առանցքի շուրջը (պարզության համար), կոչվում է սպին), ապա կպարզվի, որ բոլոր էլեկտրոններն աջից ձախ են պտտվում (եթե նայենք նրանց հետևից, այսինքն` երբ նրանք արձակվում են դեպի հարավ ընկած ուղղությամբ, ապա պտտվում են նույն ձևով, ինչ Երկիրը):
Այն, որ արձակվող էլեկտրոնները միշտ մի ուղղությամբ են “պտտվում”, այսպես ասած, ձախակողմյան կողմնորոշում ունեն, որոշակի իմաստ ունի: Այստեղ այնպիսի վիճակ է տիրում, կարծես թե տրոհման ժամանակ էլեկտրոններ կրակող հրացանը ակոսավոր փող ունենա։ Փողի վրա ակոս կարելի է փորել երկու եղանակով: Այստեղ միշտ «դեպի դուրս» ուղղություն կա, և դուք միշտ կարող եք ձեր ընտրությամբ փողն այնպես ակոսել, որպեսզի գնդակը կա՛մ աջից ձախ պտտվի, կա՛մ ձախից աջ: Մեր գիտափորձը ցույց է տալիս, որ այնպիսի զենքից են էլեկտրոններ կրակում, որը աջից ձախ է ակոսված: Ուստի, օգտագործելով այս փաստը, մենք կարող ենք զանգահարել մեր արկտուրցուն և ասել. «Լսի՛ր, ապա, վերցրո՛ւ մի ռադիոակտիվ նյութ, նեյտրոն, և հետևի՛ր տրոհման ժամանակ արձակվող էլեկտրոններին: Եթե էլեկտրոնը ուղղաձիգ վեր է արձակվում, ապա նրա պտտման` թիկունքի կողմից մարմինը մտնելու ուղղությունը կլինի ձախից: Այդպես էլ դու կիմանաս, թե որն է ձախ կողմը: Հենց այդ կողմում էլ մեր սիրտն է»։ Այնպես որ ձախը աջից տարբերել կարելի է, և նշանակում է` աշխարհի` աջի և ձախի նկատմամբ համաչափության օրենքը խախտվել է:
Քանի որ խոսում ենք համաչափության օրենքների մասին, կցանկանայի ձեզ ասել, որ այդ օրենքների կապակցությամբ մի քանի նոր խնդիրներ են ծագել: Օրինակ՝ յուրաքանչյուր տարրական մասնիկ իր համապատասխան հակամասնիկն ունի. էլեկտրոնի հակամասնիկը պոզիտրոնն է, պրոտոնինը` հակապրոտոնը: Սկզբունքորեն մենք կարող ենք, այսպես կոչված, հականյութ ստեղծել, որի յուրաքանչյուր ատոմը բաղկացած լինի համապատասխան հակամասնիկներից: Այսպես, ջրածնի սովորական ատոմը բաղկացած է մեկ պրոտոնից և մեկ էլեկտրոնից: Իսկ եթե վերցնենք մի հակապրոտոն, որի էլեկտրական լիցքը բացասական է, ու մի պոզիտրոն և միացնենք դրանք, ապա կստանանք ջրածնի հատուկ տեսակի ատոմ, այսպես ասած, հակաջրածնի ատոմ, ընդ որում` պարզվել է, որ սկզբունքորեն այդ ատոմը ամենևին էլ սովորականից վատ չի լինի, և որ այդ ձևով կարելի է ամենատարբեր տեսակների հականյութ ստեղծել։
Այժմ թույլ է տրվում հարցնել. իսկ այդ հականյութն իրեն ճիշտ այնպես կպահի՞, ինչպես մեր նյութը: Եվ որքան մեզ հայտնի է, այդ հարցի պատասխանը դրական պետք է լինի: Համաչափության օրենքներից մեկն այն է, որ եթե մենք հակամատերիայից սարքավորում կառուցենք, ապա այն իրեն ճիշտ նույն ձևով կպահի, ինչպես որ մեր սովորական նյութից կառուցած սարքավորումը: Ճիշտ է, բավական է այդ սարքավորումները մի տեղ բերել, և իսկույն աննիհիլյացիա (նյութի վերածում լույսի) տեղի կունենա, ու միայն լույս(ֆոտոններ) կառաջանա:
Առաջ կարծում էին, թե նյութը և հականյութը միևնույն օրենքներին են ենթարկվում: Իսկ այժմ, երբ մենք գիտենք, որ ձախի ու աջի համաչափություն գոյություն չունի, կարևոր հարց է ծագում: Եթե հակամասնիկների առաքմամբ ուղեկցվող նեյտրոնային տրոհում վերցնենք, այնպես, որ հականեյտրոնը տրոհվի հակապրոտոնի, հակաէլեկտրոնի (այլ կերպ պոզիտրոնի) և նեյտրինոյի, արդյո՞ք այդ տրոհումն առաջվա նման կընթանա, այսինքն` արդյո՞ք պոզիտրոնները դեպի ձախ պտտվելով դուրս կթռչեն, թե՞ ամեն ինչ այլ կերպ կկատարվի: Դեռ բոլորովին վերջերս մենք կարծում էինք, թե այստեղ ամեն ինչ հակառակը կլինի, որ պոզիտրոնները (հականյութը) ձախից աջ պտտվելով դուրս կթռչեն, իսկ էլեկտրոնները (նյութը)` աջից ձախ պտտվելով: Այս դեպքում մենք իրականում չէինք կարող արկտուրցուն բացատրել, թե ինչ է աջը, և ինչ է ձախը: Չէ՞ որ եթե հանկարծ պարզվեր, որ նա հականյութից է սարքված, ապա մեր թելադրած փորձը կատարելով` նա պոզիտրոնը կդիտեր էլեկտրոնի փոխարեն, իսկ պոզիտրոնը հակառակ կողմ է պտտվում, և մեր արկտուրցին կգար այն եզրակացության, որ մեր սիրտը մյուս կողմում է: Ենթադրենք` դուք զանգ եք տվել ձեր արկտուրցուն և բացատրել նրան, թե ինչպես պետք է մարդ ստեղծել: Նա մարդ է ստեղծում, և ամեն ինչ կարգին է, հրաշալի մարդ է ստացվել: Հետո դուք նրան բացատրում եք վարքի մեր կանոնները: Վերջապես, դուք նրան հարցնում եք, թե ինչպես պետք է լավ տիեզերանավ կառուցել, և մեկնում եք արհեստական մարդուն տեսնելու։ Դուք գնում եք նրան ընդառաջ, մեկնում եք ձեր ձեռքը: Եթե ի պատասխան նա նույնպես իր աջ ձեռքն է ձեզ մեկնում, հիանալի է, իսկ եթե ձախն է մեկնում, զգուշացե՛ք, դուք կարող եք նրա հետ աննիհիլյացիայի ենթարկվել:
Բլոգի նյութը կազմվել է օգտվելով Ռիչարդ Ֆեյնմանի «Ֆիզիկայի օրենքների բնույթը» գրքից։
1. Լի Ցզուն–Դաոն և Յանգ Չժեն–Նինը ԱՄՆ–ում աշխատող չինացի ֆիզիկոսներ էին, ովքեր համատեղ 1957 թվականին Նոբելյան մրցանակ են ստացել։
