Lustrzany świat

Dlaczego lustro zamienia lewą rękę na prawą, a nie głowę z nogami?

Operacja odbicia nie preferuje żadnych punktów, traktuje je równo – naprzeciwko każdego jest jego odbicie
(Rys. 1).

Rys.1.

My jednak postaramy się nałożyć figurę ABCDE na A’B’C’D’E’. W tym celu trzeba dokonać jej obrotu
wokół osi pionowej S

1

lub poziomej S

2

. Spowoduje to, ze za pierwszym razem D przejdzie w D’, a B w B’,

ale A w C’, a C w A’. Kiedy stajemy przed lustrem jedyny sposób nałożenia naszego ciała na obraz w
lustrze polega na przejściu po podłodze i obrocie wokół osi pionowej. Takie przekształcenie nie zamienia
głowy z nogami.

Rys.2

Gdybyśmy wyobrazili obrót wokół osi poziomej, zamieniłaby się głowa z nogami, a prawa i lewa strona
ciała nie zostałyby zamienione (Rys.3).

Zatem to nie odbicie w lustrze ma taką dziwną właściwość, że wie, gdzie jest góra i dół, tylko obrót wokół
pionowej osi wyróżnia kierunek góra dół.

Czy można rozpoznać, że zdjęcie wykonano w lustrze?

Przykładowo mamy dwa zdjęcia ulicy. Gdy w polu widzenia są napisy, to zazwyczaj rozpoznamy bez

problemu, które jest odbiciem lustrzanym.

Gorzej jeśli zobaczymy takie słowo jak.

.

bo bywa różnie pisane.

Wtedy podpowiedź da sposób usytuowania guzików na połach płaszczy przechodniów, obrączek ślubnych

na palcach, kierownic w samochodach. Podstawę stanowią tu konwencje panujące w danym kraju.

Rozróżnienie prawego od lewego, to nie tylko kwestia umowy między ludźmi. Sama przyroda rozróżnia

obie strony lokując ludziom serca po lewej stronie i dając nie do końca symetryczne twarze. Jest to poniekąd
dzieło przypadku. Są organy niesymetryczne, są nieparzyste. Właściwe upchanie ich w ciele wymaga odejścia
od symetrii. Przyrodzie jest obojętne, gdzie mamy serca

Gdyby na oba zdjęcia popatrzył ktoś z innej planety, ktoś kto oczami prześwietlałby ludzi na wylot, widział

ich wnętrzności, lecz nie znał realiów ziemskich, byłby w kropce.

1.

Czy prawa fizyki dają podstawy do odróżniania lewego od prawego?

Wyobraźmy zatem sobie nie pojedyncze zdjęcie, a film z doświadczenia.

Widzimy, że na filmie wykonanym w lustrze (na lewo) na przewód działałaby siła przeciwnie niż w znanej

nam regule, ale sposób malowania biegunów jest sprawą umowną. Temu doświadczeniu powinno towarzyszyć
inne ustalające w sposób naukowy rodzaj biegunów. Który jest N, a który S, wiemy dzięki temu, że magnes
biegunem N chce się skierować ku Arktyce. Niestety kiedyś nastąpi przemagnesowanie Ziemi, więc nie
wiedząc kiedy film był nagrywany nie uzyskamy pewnego określenia biegunów. Lepiej zastąpmy magnesy
zwojnicami.

Teraz musimy sami ustalić bieguny, co czynimy w oparciu o kierunek prądu.

Odkrywamy, że tym razem obraz w lustrze zachowuje się prawidłowo!

Ustalając kierunek płynięcia prądu zasugerowaliśmy się znakami plus i minus odbitymi w lustrze. Znaki

ładunków oraz kierunek przepływu prądu są konwencją. Osoba nie zaznajomiona z ziemską umową, nie
chciałaby sugerować się oznaczeniami. Raczej zajrzałaby (jeśli to możliwe) do wnętrza przewodu, by
stwierdzić, w którą stronę poruszają się elektrony.

Na poniższym rysunku usunęliśmy wszystkie podpowiedzi związane z ziemskimi oznaczeniami.

Uwidoczniliśmy za to obok poruszające się w przewodach cząsteczki - elektrony.

I co? Nie zmienia to faktu, że obraz za lustrem jest zgodny z prawami fizyki.. Czyli to doświadczenie

sugeruje, że obraz lustrzany pod względem praw fizyki nie różni się od rzeczywistego.

Oprócz zwykłej materii istnieje antymateria. Oprócz dobrze nam znanych ujemnych elektronów, zwanych

fachowo negatonami, istnieją elektrony dodatnie, zwane pozytonami. W naszym świecie pozytony pojawiają
się dość wyjątkowo, a i tak zaraz znikają w kontakcie z pospolitymi elektronami czyli negatonami.

Oprócz dodatnich antyelektronów wykryto też ujemne antyprotony, nawet antyneutrony, choć te nie mają

ładunku. Kiedy cząstka i antycząstka spotkają się, powstaje tylko błysk promieniowania elektromagnetycznego.

Z antyprotonów i antyneutronów oraz pozytonów udało się wytworzyć antyatomy. Na pierwszy rzut oka są

identyczne jak zwykłe atomy, bo identycznie reagują ze światłem.

W innych częściach Wszechświata to nasza materia może być w mniejszości. Tam w antymiedzianych

przewodach płyną pozytony. Co ciekawe, ktoś, kto tam żyje, widząc film z naszego doświadczenia wcale by się
nie kapnął, że obserwuje inną materię od swojej.

Istnieją dwa rodzaje fotonów - prawoskrętne i lewoskrętne. Kiedy foton leci, obraca się jak kula

wystrzelona z nagwintowanej lufy. Zazwyczaj światło przedstawia się jako falę spolaryzowaną płasko, czyli z
wektorem pola elektrycznego drgającym cały czas w jednym kierunku. Poniżej mamy lecące w naszą stronę
fotony wyobrażone na dwa sposoby - jako pociski rotujące wokół swych osi symetrii i jako fale spolaryzowane
kołowo, tzn. o wektorze pola elektrycznego wirującym wokół kierunku przemieszczania się fali.

foton prawoskrętny foton lewoskrętny

Zajmijmy się teraz rozpadami beta. W rozpadach beta plus powstają pozytony, w rozpadach beta minus –

negatony. Wraz z elektronami kreowane są w pierwszym przypadku neutrina elektronowe, w drugim
antyneutrina elektronowe.

Neutrina są zawsze lewoskrętne, a antyneutrina – prawoskrętne. Skąd to wiemy, skoro neutrina są

niezwykle trudne do wykrycia? Z analizy ruchu wirowego pozostałych cząstek. Czy neutrina mogą nam
pomóc w określeniu, co jest rzeczywiste, a co odbite w lustrze?

Na powyższym rysunku przedstawiono rozpad beta minus jądra trytu. Właśnie powstało jądro Helu3. Co

widzimy w lustrze? Czy jest tam sytuacja, która może zajść w życiu? Neutrino w lustrze kręci się przeciwnie
niż po naszej stronie, więc to neutrino, nie antyneutrino. Skoro tak, to zakładając, że w lustrze ma być sytuacja
realna musimy uznać, że lustro pokazuje nam antymaterię, antyhel i pozyton. Świat odbity w lustrze jest więc
antymaterią.

To każe nam wrócić do doświadczenia z siłą elektrodynamiczną działającą na przewód w polu

magnetycznym dwu zwojnic. Gdyby wszystkie przewody były wykonane z metalu beta-promieniotwórczego,
po kierunku rotacji neutrin w lustrze wiedzielibyśmy, że świat w lustrze jest wykonany z antymaterii. Uzbrojeni
w nową wiedzę dopiszmy znaki do cząstek poruszających się po obu stronach lustra i wynikające stąd znaki
biegunów baterii podłączonych do przewodów oraz wytworzone bieguny magnetyczne.

Czy obraz w lustrze przeczy tym razem prawom fizyki? Znowu nie.

Ale jest znana cząstka elementarna zwana kaonem

0
L

K , której antycząstka jest z nią identyczna (Skąd to

wiadomo? Pewnie jak się spotkają, to anihilują)

Cząstka ta rozpada się według dwu schematów.

ν

+

π

+

→

−

+

e

K

0
L

(pozyton, mezon pi minus, neutrino elektronowe)

ν

+

π

+

→

+

−

~

e

K

0
L

(negaton, mezon pi plus, antyneutrino elektronowe)

W 1964 r. zauważono, że drugi z tych rozpadów występuje o 1‰ rzadziej. Wśród produktów milionów

rozpadów tych kaonów w rzeczywistym świecie przeważają neutrina oraz pozytony.

Na rysunku poniżej widzimy neutrina i antyneutrina lecące w górę powstałe w rozpadach kaonów. Kaony

po obu stronach lustra są identyczne (ich spin jest zerowy). Tym razem bez trudu rozpoznajemy, która sytuacja
jest rzeczywista. Oczywiście rysunek jest tylko ilustracją idei. Faktyczny układ doświadczalny wymagałby
opisania na kilku stronach.

Wniosek:

Przyrodzie na najgłębszych poziomach nie jest obojętne, która strona jest prawa, a która lewa (a

zatem na każdym poziomie). Jest też zjawisko, które odróżnia świat w lustrze od realnego. Świat w
lustrze nie jest zbudowany z antymaterii - jest światem nieistniejącym.

Pojawia się pytanie. Czy efekt doświadczenia zależy od tego, w której części wszechświata się znajdujemy

– tej z przewagą materii czy tej z przewagą antymaterii? Ponieważ nie mamy szansy tego sprawdzić, uznano,
ż

e nie zależy.

Prowadzi nas ono do następnego problemu. Czy w ogóle istnieją takie części Wszechświata, w których

dominuje antymateria? Dotąd brak sposobów na stwierdzenie czy którakolwiek ze znanych galaktyk z tego
rodzaju materii jest zbudowana.

Być może ktoś już teoretyczne uzasadnił, dlaczego w przyrodzie prawoskrętność i lewoskrętność nie są

równoważne, równie wykorzystywane. Takie uzasadnienie powinna zawierać teoria oddziaływań słabych,
połączona już nawet z teorią elektromagnetyzmu w teorię oddziaływań elektrosłabych. (Oddziaływania słabe,
to te, które odpowiadają za rozpady beta. Są też oddziaływania silne, które odpowiadają za rozpady alfa.)

Przy obecnym stanie wiedzy obowiązuje definicja:

Ładunkiem dodatnim nazywamy ładunek elektryczny, którym częściej są obdarzone elektrony
pojawiające się podczas rozpadu cząstki

0
L

K

.