Фейнман - 04. Кинетика. Теплота. Звук (1055665), страница 52
Текст из файла (страница 52)
В любой системе реальное положение не должно иметь ту симметрию, о которой идет речь, вопрос в том — симметричны ли заколку Други»»и словами, противоречит ли физически»» законам наличие подобного Земле шара с «левосторонней поверхностью» и человеком, подобным нам, смотрящим в сторону города, подобного Чикаго, с места, подобного НыоОрлеану, но со всем остальным, перевернутым наоборот, так что Флорида у него будет уже с другой стороны» Ясно, что такая ситуация не кап ется невозможной, физическим законам ве противоречит такая замена всего левого на правое.
Еще одно обстоятельство: наше определение «правой» стороны не должно зависеть от истории. Иначе было бы очень просто отличить «левое» от «правого» вЂ” пойти в магазин запчастей и наугад взять какой-нибудь болт. Вообще говоря, у нас в руках не обязательно окажется «правый болт», но все же более вероятно, что он будет именно правым, а не левым. Но зто вопрос истории, кли условностей, или общого положения вещей, а не фундаментальных законов. Ведь кто-то может начать выпускать болты с левой резьбой. Таким образом, нам нужно поискать какие-то другие явления, где бы «правое» входило более фундаментальным образом. Рассмотрим следующук~ возможность.
Известно, что поляризоваппый свет, пропущенный через сахарный раствор, поворачивает свою плоскость поляризации. Как мы видели в гл. 33 (выл. 3), плоскость поляризации при определенной концентрации сахара поворачивается направо. Казалось бы, мы нашли способ определения «правой стороны», потому что, растворив в воде некоторое количество сахара, мы можем повернуть плоскость поляризации вправо. Но сахар получается из живых организмов, а если мы сделаем его искусственно, то обнаружим, что он не поворачивает плоскости поляризации.
Если в »тот 244 искусственный сахар, который не поворачивает плоскости поляризации, напустить бактерий (они съедают некоторое количество сахара) и затем отфильтровать пх, то обнаружится, что, хотя сахар остался (почти половина первоначального количества), и оя поворачивает плоскость поляризации, но теперь уже в другую сторону! Этот факт кажется очень обескураживающим, однако его можно легко объяснить. Приведем другой пример. Одно иэ веществ, общее для всех живых существ, основа жизни — это белки (протеин). Белок состоит из цепочек аминокислот.
На фпг. 52.1 показана модель аминокислоты, выделенной из белка. Эта кислота названа аланином, и на фиг. 52.1 (слева) показано расположение атомов в молекуле аланнна, выделенного из белка живых существ. Если же мы попытаемся создать алании из двуокиси углерода, этапа и аммиака (что в самом деле можно сделать — зто не столь уя.е сложная молекула), то обнаружим, что получились не только такие молекулы, но и другие, подобные показанной на фиг.
52.1 (справа), причем в равных количествах! Первые молекулы, те, которые произошли от живых существ, называются 1 -аланинолг. Другие же, одинаковые с ним химически в том смысле, что состоят из тех же атомов с теми же связями между ними, образуют «правосторонние» молекулы, которые в отличие от «левосторонних» молекул (.-аланина называются 1)-аланином. Интересно, что если мы будем приготовлять алании в лаборатории из простых газов, то получится смесь обоих сортов в равных количествах. Жизнь, однако, использует только 5-алании. (Но не без исключения, конечно: то там, то здесь в живых существах встречается и 1)-алании, однако эти случаи очень редки.
Во все белки входит исключительно 1.-алания.) Если мы приготовим оба сорта и будем этой смесью кормить животных, которые любят «есть» его (т. е. усваивают алания), то окажется, что они не смогут использовать 11-алания, а «съедят» только 1.-алании. В результате получится то же, что и с нашим сахаром; после того как бактерии «сьедят» тот сахар, который им Ф и г.
52.1. Модели .иаленул «лапина. С. ева — Ь-алании г справа Ьналанивв. 245 нравится, остается только «неиастоящий» сорт! (Левосторонний сахар тоже сладкий, а все же не такой, как настоящий, право- сторонний!) Итак, похоже, что явления жизни позволяют отличить «правую» сторону от «левой», поскольку две молекулы химически отличны одна от другой, И все-таки — нет, не могут) Пока мы занимались физическими измерениями, подобными определению знергий или скоростей химическпх реакций и т. д., зги два сорта вели себя совершенно одинаковым образом, если, разумеется, все остальное тоже было зеркально отражено. Одни молекулы поворачивают свет направо, а другие, проходя то же количество раствора,— налево на точно ту же величину.
Таким образом, с точки зрения физики можно использовать любую из этих двух аиинокислот. Насколько мы понимаем основу вещей сегодня, уже в уравнение Шредингера заложено, что две молекулы должны вести себя в точности одинаковым образом, хотя там, где у одной правая сторона, у другой — левая. Но в природе тем не менее все устроено только одним способом! Как полагают, причина етого состоит в следуюгцем. Представьте себе, например, что в один прекрасный момент возникли такие условия, что все белки у каких-то существ содержали только левосторонние аминокислоты.
Это привело к тому, что все на свете «перекосилось», «перекоснлись» все вещества в я«ивых клетках,«перекоснлнсь» все ферменты — все стало несимметричным. Когда пищеварительные ферменты пытались сменять химию своей пищи с одного сорта на другой, то один сорт пищи «подходил» им, а другой — нет (совсем как золушкин башмачок, с тем исключением, что мы меряем его на «левую ногу»). Насколько нам известно сейчас, в принципе возможно создать такую лягушку, у которой, например, каждая иолекула окажется «перевернутой», т. е.
создать точное зеркальное отражение настоящей лягушки, так сказать, «левостороннюю» лягушку. Некоторое время зта «левосторонняя лягушка» чувствовала бы себя вполне нормально, но не смогла бы найти себе пищи: если бы она проглотила муху, то ее ферменты не способны были бы переварить ее. Ведь муха-то настоящая, справосторонней аминокислотой (разумеется, если мы не разведем специально для нашей лягушки «левосторонних мух»).
Итак, насколько нам сегодня известно, химические и жизненные процессы, если бы мы все «перевернули», протекали бы точно так же, как и сейчас. Если жизнь — полностью физико-химическое явление, то факт «закрученности» всех белков только в одном направлении можно понять лишь с той точки зрения, что с самого начала совершенно случайно победил какой-то один сорт молекул.
Где-то однажды органическая молекула как-то «перекосилась», и правая сторона оказалась выделенной; какой-то случай в истории создал односторонн>он> ситуацию, и с тех пор «перекоо> разрастался все шире и шире. Но, возникнув однажды, ситуация, которую мы наблюдаем сейчас, будет продолжаться вечно: все ферменты переваривают и приготовляют только «правосторонние» вещества. Когда в листья растений входит углекислый газ, водяной пар и другие вещества, то ферменты, приготовляющие из них сахар, делают его правосторонппм, пбо опк саин правосторонние. Если бы в более позднее время возник какойто новый сорт вирусов или каких-то других живых существ, то онп смогли бы выжить только, если оказались бы спосоокы ш«таться уже существующими органическими веществами. Л, стало быть, и сами они должны быть того же сорта.
Для правосторонних молекул не существует закона сохранения их числа. Жизнь может только увеличивать его. Предположение, таким образом, состоит в том, что жианенные явления говорят нам не об отсутствии симметрии физических законов, а, наоборот, об универсальности природы и общности начала всех живых созданий на Земле в описанном выше смысле. ф д. Полярный н аксиальнь«««еен»»»орь« Пойдем дальше. Вы видели, что в физике имеется масса примеров применимости правила правой и левой руки. В самом деле, когда мы изучали векторный анализ, то узналк о правиле правой руки, которым необходимо пользоваться, чтобы получить правильный момент количества движения и момент силы, магнитное поле и т.
п. Например, сила, действующая на заряд в магнитном поле, равна Е=дч >с В. Но представьте себе такое положение: пусть мы знаем Г, ч и В. Как не этого узнать, где у нас правая сторона', Если вернуться назад н посмотреть, откуда произошли векторы, то увидим, что правило правой руки — просто соглашение, своего рода трюк. В самом начале такие велкчпны, как угловая скорость и момент количества движения и другие, подобные им, в действительности вообще не были настоящими векторами! Все они каким-то образом связаны с определенными плоскостями, и только благодаря тому, что наше пространство трехмерно, зти величины можно связать с направлением, перпендикулярным данной плоскости. Мы же из двух возможных направлений выбрали правое.
Представьте себе, что какой-то озорной чертик, решив подшутить над физиками, пробрался во все лаборатории и всюду ваменил слово «правое» на «левое». И в реаультате, где было написано правило правой руки, мы вынуждены были бы пользоваться правилом левой руки. Ну что ж, физики бы просто не ааметили этого, ибо ни к какому изменению в физических ааконах зто бы не привело, разумеется, если фиаические законы симметрич ны. С1 Ф и г.
о2.2. Отрезок е кростронстее и его зеркальное отражекие. Попая<ем зто на примере. Вы знаете, что существуют два сорта векторов, Имеются ооыкновенные, «настоящие» векторы, подобные, например, отрезку расстояния Лг в пространстве. Пусть в нашей аппаратуре что-то находится «здесь», а нечто другое — «там», тогда те же самые «что-то» будут присутствовать и в зеркально отраженной аппаратуре.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
