Evren ve Onun Aynalanmış Versiyonu Nasıl Farklıdır

Bu hikayenin orijinal versiyonu Quanta Dergisi'nde yayınlanmıştır.

Harikalar Diyarı'ndaki maceralarından sonra, kurgusal Alice, Lewis Carroll'ın 1871 tarihli Aynanın İçinden romanında şöminesinin üstündeki aynadan içeri adım atarak yansıyan alemin kendisininkinden nasıl farklı olduğunu keşfetti. Kitapların hepsinin tersten yazıldığını ve insanların "geriye doğru yaşadıklarını", etkilerin nedenlerinden önce geldiği bir dünyada gezindiklerini keşfetti.

Nesneler aynada farklı göründüğünde, bilim insanları onlara kiral der. Örneğin, eller kiraldir. Alice'in yansımasıyla el sıkışmaya çalıştığını düşünün. Ayna dünyasında sağ el sol el olur ve el sıkışmak için ikisini mükemmel bir şekilde hizalamanın bir yolu yoktur çünkü parmaklar yanlış şekilde bükülür. (Aslında, "kiralite" kelimesi Yunanca "el" kelimesinden gelir.)

Alice'in deneyimi, kendi evrenimiz hakkında derin bir şeyi yansıtıyor: Aynanın ardındaki her şey aynı değil. Moleküllerden temel parçacıklara kadar birçok tanıdık nesnenin davranışı, hangi ayna görüntüsü versiyonuyla etkileşime girdiğimize bağlıdır.

Through the Looking-Glass'ın başında Alice, kedisi Kitty'yi aynaya tutar ve onu diğer tarafa itmekle tehdit eder. "Acaba orada sana süt verirler mi? Belki de Looking-glass sütü içmek için iyi değildir," der.

Alice bir şeylerin peşindeydi. Kitabın yayınlanmasından sadece yirmi yıl önce, Louis Pasteur son kullanma tarihi geçmiş bir şarapla deneyler yaparken bazı moleküllerin kiral olabileceğini keşfetti. Üst üste bindirilmesi imkansız olan belirgin sol ve sağ elli yapısal formlarda olabilirler. Pasteur, hepsi aynı bileşenleri içerse de kiral moleküllerin ayna versiyonlarının farklı kimyasal işlevler görebileceğini buldu.

Sütte bulunan şeker olan laktoz kiraldir. Her iki versiyon da sentezlenebilirken, canlı organizmalar tarafından üretilen ve tüketilen şekerler her zaman sağ elli olanlardır. Aslında, bildiğimiz şekliyle yaşam yalnızca sağ elli şekerleri kullanır—bu yüzden DNA'nın genetik merdiveni her zaman sağa doğru döner. Bu "homokiralite"nin kökü, yaşamın kökenlerini bulandıran en büyük gizemlerden biri olmaya devam ediyor.

Kitty aynalı sütü sindiremezdi. Daha kötüsü, ters elli herhangi bir bakteri içerseydi, bağışıklık sistemi ve antibiyotikleri bir mücadeleye girişmek için uygun olmazdı. Önde gelen bilim insanlarından oluşan bir grup yakın zamanda bu nedenle ayna görüntüsü yaşam formlarının sentezine karşı uyardı ; eğer herhangi biri laboratuvardan kaçarsa, normal yaşam formlarının savunma mekanizmalarından kaçabilirlerdi.

Tavşan deliğinden aşağıya doğru devam ettiğimizde, kiralite izlerini temel parçacıklara kadar görüyoruz.

Pasteur'ün moleküller üzerindeki çalışması, 1822'de farklı kuvars prizmalarının ışığın elektrik alanını iki yönden birinde -saat yönünde veya saat yönünün tersine- döndürebileceğini fark eden Augustin-Jean Fresnel'in daha önceki bir keşfine dayanıyordu. Eğer her ışık parçacığı arkasında bir duman izi bırakabilseydi, bir prizmadan sağ elli bir duman vidası ve diğerinden sol elli bir duman vidası ortaya çıkardı.

Günümüzde fizikçiler kiraliteyi, yük veya kütle gibi tüm temel parçacıkların temel bir özelliği olarak görüyorlar. Kütlesi olmayan parçacıklar her zaman ışık hızında hareket ederler ve hepsi sanki bir topaç gibi dönüyormuş gibi içsel bir açısal momentum taşırlar. Parçacıklar baş parmağınızın yönünde uçuyorsa, dönüşleri parmaklarınızın kıvrıldığı yönü takip eder - sağ elinizde veya sol elinizde.

Durum, elektronlar ve kuarklar gibi büyük parçacıklar için biraz daha karmaşıktır. Büyük bir parçacık daha yavaş hareket ettiğinden, hızlı bir gözlemci onu yakalayabilir ve hareket yönünü etkili bir şekilde tersine çevirebilir, böylece görünürdeki sağ elini kullanmış halini tersine çevirebilir. Bu nedenle, büyük parçacıkların kiralitesini tanımlarken, fizikçiler genellikle parçacığın kuantum özelliklerinin matematiksel tanımına başvururlar. Bir parçacığı döndürdüğünüzde, kuantum dalga fonksiyonu kiralitesine bağlı olarak sola veya sağa kayar.

Neredeyse her temel parçacığın aynada bir ikizi vardır. Negatif yüklü sol elli bir elektron, negatif yüklü sağ elli bir parçacık olan anti-pozitron tarafından yansıtılır.

Ayna dünyasında Alice tüm mantığın altüst olduğunu görür: İnsanlar yerlerinde kalmak için koşarlar ve doğmadıkları tüm günlerde "doğum günü olmayan" günleri kutlarlar. Benzer şekilde, evrenimiz aynadaki görüntüsünden farklıdır. Zayıf kuvvet -radyoaktif bozunmadan sorumlu olan kuvvet- yalnızca sol elli parçacıklar tarafından hissedilir. Bu, bazı parçacıkların normal dünyada bozunacağı, aynadaki karşılıklarının ise bozulmayacağı anlamına gelir.

Ayrıca, aynada hiç görünmeyen bir parçacık daha var. Nötrino şimdiye kadar sadece sol elli formunda gözlemlendi. Parçacık fizikçileri sağ elli nötrinonun var olup olmadığını veya nötrinoların ayna görüntülerinin basitçe aynı olup olmadığını araştırıyorlar, bu da evrenin neden hiçbir şey yerine bir şey içerdiğini açıklamaya yardımcı olabilir.

Aynanın içinden bakarak kendi dünyamız hakkında öğrenebileceğimiz çok şey var. Sadece sütü içmemeye dikkat edin.

Orijinal hikaye , Simons Vakfı'nın editoryal açıdan bağımsız bir yayını olan Quanta Magazine'den izin alınarak yeniden basılmıştır. Vakfın misyonu, matematik, fizik ve yaşam bilimlerindeki araştırma gelişmelerini ve eğilimlerini ele alarak kamuoyunun bilim anlayışını geliştirmektir.