Мартин Гарднер - Этот правый, левый мир

Эксперимент, выполненный госпожой By, впервые в истории науки установил безусловное различие между концами магнитной оси. Южный полюс ядра кобальта-60 — это тот полюс, из которого чаще вылетают электроны!

Теперь уже ядро не может больше рассматриваться по аналогии с крохотным вращающимся шариком. Скорее его нужно было бы уподобить вращающемуся конусу. Конечно, это не более чем метафора: никто не имеет ни малейшего представления, почему один конец оси так существенно отличается от другого. Но они различаются! Шелдон Пенман из Чикагского университета писал в журнале «Сайентифик Америкен» (июль 1961 года): «Мы больше не пытаемся завинчивать шурупы в темноте в грубых рукавицах; нам вручили их на подносе, осветив каждый в отдельности, и позволили убедиться, что мы не завинчиваем шурупы головкой вперед».

Теперь-то мы наконец нашли решение Озма-проблемы: экспериментальный способ однозначного определения понятий правого и левого. Мы сообщаем ученым планеты X : «Охладите атомы кобальта-60 почти до абсолютного нуля. С помощью сильного магнитного поля выстройте оси их ядер. Подсчитайте количество электронов, вылетающих из обоих концов осей. Тот полюс, из которого вылетает больше электронов, мы называем южным. Теперь вы сможете определить северный и южный магнитный полюса выстраивающего поля, что в свою очередь позволит вам определить северный и южный конец магнитной стрелки. Если вы поместите теперь такую стрелку под проводом, по которому ток течет в направлении „от вас“, то северный конец стрелки отклонится в направлении, которое мы называем левым».

Вот так совершенно точно и недвусмысленно мы передали на планету X тот смысл, который вкладываем в слово «левый». При этом ни мы, ни они не имели перед собой какой-либо асимметричной структуры. Слабым взаимодействиям присуща внутренняя асимметрия; сама природа дает определение правого и левого, которое можно проверить экспериментально. Вполне можно понять, почему Паули и другие физики не ожидали, что эксперимент госпожи By опрокинет закон четности: это означало бы, что природа не симметрична!

Озадаченным космонавтам, героям моей фантастической новеллы о правом и левом, эксперимент с кобальтом-60 дал бы возможность установить, подверглись ли они зеркальному преобразованию. Конечно, им нужно было найти на планете необходимое количество кобальта, превратить его в радиоактивный, бомбардируя нейтронами, и т. п. При наличии необходимого оборудования и материалов проблема могла быть решена.

Наконец, эксперимент госпожи By очевидным образом опровергает утверждение о принципиальной невозможности отличить обычный кинофильм (включающий только естественные явления) от его «зеркального» варианта.

Упражнение 16.Расскажите подробно, каким образом детали кинофильма об эксперименте с кобальтом-60 позволят выяснить, не является ли изображение на экране зеркально обращенным.

Хотя первые указания на несохранение четности были получены мадам By в конце 1956 года, эксперимент был окончательно закончен в начале января 1957 года. Результаты были официально объявлены физиком из Колумбийского университета Исидором Раби 15 января 1957 года. В его сообщении содержались также результаты другого эксперимента, выполненного на Невисовском циклотроне в том же Колумбийском университете. Этот эксперимент, проводившийся с мю-мезонами, дал еще больший эффект: неодинаковость испускания мю-мезонов в двух направлениях была вдвое больше, чем в случае электронов. Независимо от этих двух экспериментов в Чикагском университете была проведена третья проверка закона сохранения четности — с пи- и мю-мезонами. Результат был тем же: четность нарушалась. По всему миру физики принялись проверять четности в других слабых взаимодействиях. К 1958 году стало ясно, что четность нарушается во всех слабых взаимодействиях. Тета-тау-проблема наконец разрешилась. Существует только один K -мезон, а четность не сохраняется.

«Почти полностью завершенное здание теории вдребезги разбито в самой своей основе, — заявил Раби в газете „Нью-Йорк таймс“ 16 января 1957 года, — и мы не знаем, как собрать воедино его куски». Та же газета упоминала слова одного физика, заявившего, что ядерная физика на протяжении многих лет стучалась в закрытую дверь, а затем внезапно обнаружила, что это была вовсе не дверь, а лишь изображение двери, нарисованное на стене. Теперь же, продолжал этот физик, мы оглядываемся по сторонам в поисках настоящей двери. Фриш, один из пионеров ядерного деления, пишет в своей книге «Атомная физика сегодня», что 16 января 1957 года он получил письмо от друга, начинавшееся следующими словами:

«Дорогой Роберт, экстренные новости. Четность не сохраняется. Здесь в Принстоне ни о чем больше не говорят; они считают, что это наиболее потрясающий результат со времен опыта Майкельсона...»

Знаменитый опыт Майкельсона — Морли (1887 год) установил, что скорость света постоянна, как бы ни двигались источник света и наблюдатель. Это был исторический эксперимент, проложивший дорогу теории относительности Эйнштейна. Эксперимент госпожи By может по праву считаться столь же важным в развитии физики.

Оба эти опыта произвели неожиданное «потрясение основ». Действительно, все ожидали, что Альберт Майкельсон и Эдвард Морли зарегистрируют движение Земли по отношению к неподвижному «эфиру». Отрицательный результат был поразительным. Все ожидали, что госпожа By установит право-левую симметрию бета-распада. Природа приготовила новый сюрприз! Уже то, что некоторые частицы несимметричны, было удивительным; еще более удивительно то, что эта асимметрия проявляется лишь в слабых взаимодействиях. Физики были шокированы в еще большей степени, чем в свое время Мах, обнаруживший асимметрию в опыте с магнитной стрелкой и проводником.

«Теперь, после первого удара, — писал Паули Вайскопфу 27 января, вскоре после получения ошеломляющего известия, — я стал приходить в себя. Да, это было очень драматично. Двадцать первого числа в понедельник, в восемь часов вечера, я должен был читать лекцию по теории нейтрино. В пять часов я получил три статьи с описанием экспериментальных работ (сообщения о первых трех проверках сохранения четности)... Я потрясен не столько тем, что Бог оказался левшой, — сколько тем, что, выражаясь сильнее, он действует симметричным образом. Фактически теперь все упирается в один вопрос: почему сильные взаимодействия симметричны относительно правого и левого?»

Индийский физик Абдус Салам (из статьи которого «Элементарные частицы», появившейся в апреле 1956 года, взяты отрывки письма Паули) так объяснял одному своему другу, получившему гуманитарное образование, почему несохранение четности приводит физиков в такое возбуждение: «Я спросил его, упоминались ли когда-нибудь в литературе одноглазые гиганты. Он тут же ответил, что да, и привел целый перечень их. Но все эти гиганты имели свой единственный глаз посреди лба. Так вот потрясшее нас открытие состоит в том, что пространство в слабых взаимодействиях подобно гиганту, у которого единственный глаз расположен слева!»