Почему не существует симметрии правого и левого?

Хиральность.
Физики и математики сталкиваются с различными видами симметрий постоянно. Первые ищут таковые в окружающем нас мире, а вторые – придумывают в принципе возможные симметрии, которые только могли бы существовать.
С математической точки зрения симметрия – это некое преобразование, после которого объект этого преобразования остается неизменным. К примеру, сферическая симметрия говорит о том, что вид тела не изменится, на какие углы мы бы его не поворачивали. Форма снежинки также обладает симметрией, но в этом случае мы можем поворачивать ее лишь на определенные углы, чтобы ее вид оставался неизменным.
Одним из самых знакомых нам видов симметрии является двусторонняя симметрия – ей соответствует великое множество форм в природе, начиная от бабочек и заканчивая человеком. Действительно, внешний вид нашей правой половины хоть и не в точности идентичен левой, но все же очень на нее похож. Есть, правда, одно важное «но» – правая половина похожа на левую в ее зеркальном отражении.
Если вы посмотрите на свои ладони, то нетрудно будет наглядно убедиться, что их совершенно нельзя совместить в пространстве таким образом, чтобы они полностью совпали. Две ладони являются как бы зеркальным отражением друг друга. Поэтому, если вы вытянете перед зеркалом правую руку, то в отражении она будет идентична левой и наоборот. Это свойство отсутствия равенства между правым и левым называется хиральностью – от греческого слова hiral, которое и обозначает ладонь.
Симметрии и физика.
Физика также имеет дело с разнообразными симметриями, количество которых, скорее всего, несколько больше, чем многие себе представляют. Каждая из таких симметрий всегда связана с одним из фундаментальных принципов той или иной физической теории.
К примеру: симметрия всех точек пространства говорит о том, что все они абсолютно равноценны с точки зрения физического описания. Это порождает закон сохранения импульса. Так называемая Лоренц-симметрия говорит о равенстве всех возможных систем отсчета. Эта симметрия в наиболее общей форме была выведена Альбертом Эйнштейном в рамках теории относительности.
Далеко не всегда симметрия имеет дело с пространством. Есть симметрия, говорящая о том, что нет каких-либо специфических выделенных точек и во времени. Следствием этой симметрии является закон сохранения энергии.
В современной физике элементарных частиц существует множество более сложных симметрий: фазовая, симметрия электрического заряда или цветового заряда кварков. Все они приводят к так называемой калибровочной инвариантности физический полей – фундаментальному свойству всей физики элементарных частиц. Этот вид симметрии приводит к закону сохранения электрического заряда.
Но в фундаментальной физике далеко не все так симметрично. Гораздо интереснее те случаи, когда одна из симметрий нарушается, причем на самом фундаментальном уровне. В частности, пространственная симметрия правого и левого.
Неравноценность правого и левого.
Для электромагнитного взаимодействия, частным случаем которого является свет, между правым и левым направлением нет никакой разницы. Аналогично обстоит дело для сильного ядерного взаимодействия и гравитации. Однако четвертое фундаментальное физическое взаимодействие – слабые ядерные силы – относительно правого и левого очень чувствительно.
Частицы – переносчики слабого взаимодействия, называемые калибровочными векторными бозонами, – воздействуют лишь на те частицы, которые обладают так называемым левым спином, а именно – направленным противоположно их импульсу. Это свойство слабых ядерных сил было обнаружено в 1957 году и стало настоящей сенсацией для физиков, так как до этого считалось, что все физические законы симметричны относительно своего отражения в зеркале, то есть симметричны относительно правого и левого.
Иными словами, если проводить одинаковые физические опыты на двух экспериментальных установках, одна из которых является идеальным зеркальным отражением второй, их результаты отнюдь не совпадут. Это происходит из-за нарушения симметрии правого и левого для частиц – переносчиков слабого взаимодействия.
После этого открытия физики высказали предположение, что пространственная симметрия все же сохраняется, если, кроме направления, заменить еще и заряд, чтобы все частицы превратились в античастицы – электроны в позитроны, кварки в антикварки и так далее. Но довольно быстро обнаружилось, что слабое взаимодействие не симметрично и относительно заряда. Отсутствовала симметрия и при одновременном зеркальном отражении и замене заряда – так называемая комбинированная CP-симметрия (от C – заряд, P – импульс).
Вскоре стало ясно, что слабое взаимодействие все же симметрично, но в более хитрой форме. Оно обладает так называемой CPT-симметрией. Это значит, что законы физики сохранятся, если не только поменять мир на зеркальный и заменить в не??

Другие материалы по теме