Physikern ist schon immer aufgefallen, dass die Natur Symmetrien mag: Die Gesetze, die die Materie beherrschen, scheinen identisch zu sein, egal ob wir nach rechts oder links, nach vorne oder nach hinten blicken.
Das Konzept vonChiralitätstellt eine der faszinierendsten Erscheinungsformen der Spiegelsymmetrie in der Chemie dar. Chirale Moleküle existieren in zwei Formen: Spiegelbilder voneinander, aber nicht überlagerbar. Auf der Erde nutzt das Leben eine sehr präzise „Ausrichtung“ der Moleküle. Die Aminosäuren in unseren Zellen sind alle „linksdrehend“ und die Zucker sind „rechtsdrehend“.
Im Jahr 1957 wurde das Experiment des Physikers durchgeführtChien-Shiung Wu(1912-1997) stellte diese Idee auf den Kopf. Indem sie den Zerfall von Kobaltatomen untersuchte, zeigte sie, dass die Natur in bestimmten Fällen zwischen rechts und links unterschied. Mit anderen Worten, die Symmetrie vonParitätwurde nicht immer respektiert.
Wenn die Natur die Rechts-Links-Symmetrie perfekt respektieren würde, müssten die beim radioaktiven Zerfall ausgestoßenen Elektronen genauso oft auf der rechten Seite wie auf der linken Seite der Rotationsachse austreten. Aber die Erfahrung vonChien-Shiung Wuzeigte das Gegenteil: Die Elektronen kamen fast immer von derselben Seite. Dies bewies, dass die Natur bei schwachen Wechselwirkungen eine Richtung „bevorzugt“: Sie unterscheidet tatsächlich rechts von links.
Um diese verlorene Harmonie zu finden, haben zwei Physiker,Tsung Dao Lee(Jahrgang 1926) undChen-Ning Yang(Jahrgang 1922) hatte eine faszinierende Idee: vielleicht gibt es eineSpiegeluniversum, eine Parallelwelt, in der alles umgekehrt wäre. Diese symmetrische Welt würde die Ungleichgewichte in unserer Welt ausgleichen und das Gesamtgleichgewicht des Kosmos wiederherstellen.
Die Spiegelwelt-Hypothese geht von einem einfachen Prinzip aus: Jedes bekannte Teilchen würde einem entsprechenSpiegelteilchenidentisch, aber umgekehrt. Wir hätten also ein Spiegelelektron, ein Spiegelproton, ein Spiegelneutron und so weiter. Zusammen würden diese Teilchen eine bildenSpiegelmaterialseiner eigenen Stärke gehorchen, wie einSpiegel-Elektromagnetismusoder einschwache Spiegelwechselwirkung.
Unsere Welt und diese Spiegelwelt würden ohne Vermischung nebeneinander existieren, nur durch das verbundenGravitationoder durch sehr schwachen Energieaustausch zwischen gewöhnlichen Photonen und Spiegelphotonen.
Eine solche Idee ist attraktiv, weil sie ein großes Mysterium erklären könnte: dasdunkle Materie. Diese unsichtbare Materie macht mehr als 80 % der Masse des Universums aus, strahlt jedoch kein Licht aus. Wenn es aus Spiegelpartikeln bestünde, würde das erklären, warum wir es nur durch seine Gravitationswirkung auf Galaxien erkennen können.
In einer Spiegelwelt wäre alles umgekehrt: Aminosäuren wären rechtshändig und Zucker linkshändig. DasSpiegelbiochemiewäre mit unserem inkompatibel, könnte aber genauso stabil und komplex sein. Mit anderen Worten: Spiegelleben könnte existieren, aber wir könnten es weder sehen, noch berühren, noch mit unseren Instrumenten entdecken, weil es weder mit Licht noch mit unseren elektromagnetischen Kräften interagieren würde.
In der Spiegelwelt ist alles umgekehrt. Spiegelpartikel haben die gleichen Massen- und Ladungseigenschaften wie gewöhnliche Partikel, ihre Wechselwirkungen sind jedoch „umgekehrt“. Die Grundkräfte (Elektromagnetismus, schwache und starke Wechselwirkung) wirken umgekehrt oder nur zwischen Spiegelteilchen. Die Zeit könnte symmetrisch zu unserer verlaufen und der Raum könnte eine spiegelbildliche Ausrichtung haben. Diese Spiegelwelt folgt ihren eigenen physikalischen Regeln, die mit unseren völlig nicht synchron sind. Spiegelphotonen existieren und haben eine Frequenz, aber sie interagieren nicht mit unseren Elektronen, weil die elektromagnetischen Felder „invertiert“ und auf ihr eigenes Universum beschränkt sind.
Dies drängt uns dazu, unsere Definition von Leben und Materie zu überdenken und uns einen Kosmos vorzustellen, in dem Symmetrie und Dualität auf grundlegender Ebene koexistieren.
| Physische Einheit | Spiegel-Gegenstück | Art der Interaktion | Kommentar |
|---|---|---|---|
| Elektron | Spiegelelektron | Elektromagnetischer Spiegel | Gleiche Masse, Spin und entgegengesetzte Ladung |
| Wasserstoff | Wasserstoffspiegel | Interne Spiegelkräfte | Kann unsichtbare Spiegelgalaxien bilden |
| L-Aminosäure | Aminosäure D | Spiegelbiochemie | Nicht kompatibel mit dem Leben auf der Erde |
| Sichtbares Licht | Spiegelphoton | Nur Schwerkraft | Für unsere optischen Detektoren unsichtbar |
| Zeit | Spiegelzeit | Spiegelzeitpfeil | Prozesse laufen in umgekehrter oder symmetrischer Reihenfolge ab |
| Raum | Spiegelraum | Spiegelgeometrie und -orientierung | Position und Orientierung umgekehrt, aber lokale physikalische Gesetze bleiben erhalten |
| Schwere | Spiegeln Sie die Schwerkraft | Gravitation | Kann schwach mit unserem Universum interagieren und die kosmische Struktur beeinflussen |
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