|
[27 Dec 2011|04:48pm] |
Вот тут Андрей вспомнил про старую, но интересную задачку, которую я сформулирую так: "Допустим, у нас есть радиосвязь с удаленной цивилизацией. Как нам объяснить представителям этой цивилизации, что мы называем "право" и "лево"? Или, что то же самое - в какую сторону у нас вращается часовая стрелка". Я буду уточнять условия задачи по ходу решения, чтобы было интереснее.
Для начала объясню, почему это вообще проблема. Казалось бы: мы просто налаживаем видеосвязь и показываем на пальцах. Просто и понятно.К сожалению, при сборке дисплея наши далекие друзья могут пустить горизонтальную развертку как влево, так и вправо, зеркально отразив принимаемое изображение. Они вообще любое устройство, чертеж которого мы пришлем, могут собрать в двух зеркально отличающихся вариантах.
Самое простое, что приходит в голову - это астрономические наблюдения. Вон туманность Андромеды, вон ядро Млечного пути, а вот мы. И это мы называем "по часовой стрелке", если смотреть с вашей планеты.
От этого решения нас спасет предположение, что мы не знаем, где точно наши собеседники живут. Или что они находятся внутри газопылевого облака, из которого ничего не наблюдается, только наши радиосигналы приходят.
Тогда можно послать им радиосигнал с круговой поляризацией [1][2] и тем самым доходчиво объяснить, что куда вертится.
Но что делать, если сигнал по пути от нас до них отражается, причем неизвестное число раз? Каждое отражение меняет направление поляризации и избавляет нас от возможности воспользоваться настолько простым решением.
Остается использовать какие-то фундаментальные свойства материи, независимые от внешнего окружения. Андрей предлагал воспользоваться оптическими изомерами [1][2]. Присылаем схему установки, которая производит, скажем, левые аминокислоты - и все, дело в шляпе. Проблема в том, что я описал выше: если инопланетяне соберут установку в ее зеркальном варианте, она будет производить не левые, а правые аминокислоты.
А все потому, что химические свойства определяются электромагнитным взаимодействием, которое обладает свойством пространственной симметрии: если систему отразить зеркально, то есть изменить все (или одну) пространственные координаты на противоположные по знаку, то все физические процессы в ней будут идти точно так же; с точностью до зеркального отражения, конечно.
Теперь осталось раскрыть карты окончательно. Задача решаема. Для этого, правда, придется залезть в физику элементарных частиц.
Вопрос нарушения (или ненарушения) симметрии - один из фундаментальных вопросов физики XX и XXI века. Прочитать про это можно в википедии [1][2][3][4], а я расскажу кратко.
До середины XX века физики не находили физических процессов, которые бы протекали по-разному в зеркально отраженных системах. Три из четырех фундаментальных взаимодействий: гравитационное, электромагнитное и сильное - свято блюдут пространственную четность (четность - другое название для сохранения какой-либо симметрии). А вот четвертое - слабое - ее нарушает, что было обнаружено в 1957 году . То есть, например, ориентированные в сильно магнитном поле бета-радиоактивные ядра кобальта-60 излучают бета-частицы чаще в одну сторону, чем в другую.
Для решения нашей задачи это означает, что нам достаточно попросить собрать подобную экспериментальную установку и по результату определить, собрана она в прямом или отраженном варианте. Задача решена!
Или нет? Есть маленькая, но вероятность, что потенциальный противник настолько коварен, что вместе со своей планетой, звездой и ближайшим окружением состоит из антиматерии. Найденное в экспериментах 57 года нарушение пространственной четности компенсируется изменением знака заряда. То есть зеркально отраженная антиматерия ведет себя точно так же, как неотраженная материя. Это называется CP-инвариантность или "комбинированная четность". С окончательным решением придется подождать.
Но недолго - всего семь лет. В 1964 году было показано, что все то же самое слабое взаимодействие нарушает и этот вид четности. Описание конкретного механизма мне здесь и сейчас не по силам, но наши физики смогут объяснить внеземным дикарям, как построить ускоритель заряженных частиц, в котором зафиксировать аномальные распады К-мезонов, и по результату определить, из какой материи они сделаны, а также в какую сторону им нужно крутить часовые стрелки, чтобы не опоздать на чай к английской королеве.
А про последний бастион четности, так называемую CPT-инвариантность, нужно читать совсем другие блоги, да и в нашем случае она не страшна. Очень вряд ли нам удастся связаться с кем-то, кто живет в обратном потоке времени.
|
|
