叮噹法寶物理原理大解構 [七] (The Physics Behind Doraemon Gadgets VII)

(圖擷取自互聯網)

久別重逢,終於番嚟《叮噹法寶物理原理大解構》系列啦!唔知大家有冇掛住哩個系列呢?雖然小弟其實唔算係叮噹fans,但都等小弟喺度再次同大家探討吓叮噹法寶運作背後(可能)嘅物理原理啦!(PS:再次強調,請記住,係叮噹,唔係多啦A夢,好似係)


進入鏡(入りこみ鏡)

進入鏡,又叫進入鏡子。嚴格講,哩塊鏡其實「唔係一塊鏡」,而係「一道門」。通過哩塊鏡,就可以到達一個左右相反,完全沒有人類嘅異世界。而且無論喺哩個世界中做乜嘢,都唔會反映出喺現實世界度,所以喺入面普通人同「白衫人」一樣,「裝修」係唔需要擔心有黑警介入(不過「宇宙級法律」國安法喺入面仍然適用,好似係)。


接近一模一樣,但左右相反嘅世界存唔存在?

(圖擷取自叮噹漫畫第33卷)

喺討論哩個法寶有冇可能實現到,或背後運用咗乜嘢物理機制之前,我哋首先要了解一下同現實世界接近一模一樣,但左右相反嘅鏡像異世界,物理學上究竟存唔存在。簡單講,即係鏡入面嘅鏡像世界,其實會唔會有可能違反咗某啲物理定律呢?

左右其實係絕對㗎!

透過日常生活嘅經驗,大家應該都會認為左同右同上下前後一樣,係一個相對概念嚟。鏡像世界除左啲文字會左右掉轉,睇落有啲奇怪之外,基本上你係唔會覺得鏡入面嘅世界係「異世界」,自然界嘅法則好似一樣適用,同現實世界冇分別。不過事實上又係唔係真係咁呢?

哩個觀念其實係錯㗎!事實上,左同右其實係絕對,係有方法可以完全客觀咁出嚟。雖然自然界絕大部分已知嘅物理法則,同基本力都係左右對稱,亦即物理學中嘅所講嘅宇稱守恆,但其實當中有一種基本力—弱作用力係左右唔對稱。哩個就係物理學中著名嘅宇稱不守恆發現,小弟之前都寫過拙文講解過[1]。 

因為宇稱不守恆(parity violation),所以從理論上,係冇可能建構出一個完全一模一樣,但左右相反嘅鏡像異世界出嚟。不過叮噹嘅鏡像異世界又唔係完全一模一樣,至少漫畫世界強調入面係冇人存在。


進入鏡「理論上」可能嘅運作原理

(credits: xkcd, #2364)

好啦,番到正題,究竟進入鏡物理上係點運作嘅呢?首先物理上,係冇可能可以輕易瞬間建構出一異空間,更加唔好講建構鏡像世界過程會有宇稱不守恆哩個限制。因為咁,小弟大膽猜測,進入鏡其實應該係類似隨意門或如果電話亭,嗰類穿梭時空或平行宇宙嘅工具,佢「唔係一塊鏡」,而係「一道門」,係通往一個同我哋宇宙宇稱相反嘅平行宇宙嘅入口嚟。

雖然我哋身處嘅宇宙而家係宇稱不守恆,有CP破缺(CP violation),但理論物理學家一般相信喺超高能量(遠超出人類實驗現時已探知嘅能量範圍)嘅物理世界,例如太初宇宙嘅環境,宇稱其實本身係守恆。宇稱不守恆好大機會只係自發對稱破缺(spontaneous symmetry breaking)嘅結果,就好似基本粒子嘅質量其實係透過希格斯機制(Higgs mechanism)而獲得咁。其他自發對稱破缺嘅例子其實仲有唔少,好似日常生活上同下之所以有分別,其實係因為我哋身處喺地球或行星,哩個上下對稱破缺嘅解上面,事實上重力理論本身係冇上下之分。

理論上,雖然我哋仲未知導致宇稱不守恆或CP破缺背後機制點嚟,但一般嚟講,我哋冇理由認為我哋而家身處嘅宇宙,係自發對稱破缺過程嘅唯一解。所以宇宙某一個地方存在一個唔同、宇稱相反嘅真空物理態,唔係一件完全冇可能嘅事。 

(Asymmetric life. Presentation of stereoisomer enantiomers with letters R and S standing for rectus (right) and sinister (left). Credit: iStock DariaRen)

不過好似上一節所講,事實上左同右係分別。而且生物學上,雖然外觀上或者左右對稱,但其實地球上所有嘅生物背後都隱含著掌性(chirality),入面所有胺基酸都係左向,而血糖就係右向。所以理論上,一個宇稱相反嘅世界,係唔會只係左右掉轉,而其他嘢完全一模一樣。或者哩個就係點解叮噹漫畫鏡像世界,入面冇人(同其他生物?)存在嘅原因啩!

所以其實叮噹嘅漫畫世界某程度上都幾「合乎科學」,而且作者甚至有宇稱不守恆、生物掌性(homochirality)哩個認知,好似係。

今次講到哩度,下次再講。


延伸閱讀:

[1] 《左右不分?讀多啲物理啦!》https://godfreyleungcosmo.wordpress.com/2018/11/22/%e5%b7%a6%e5%8f%b3%e4%b8%8d%e5%88%86%ef%bc%9f%e8%ae%80%e5%a4%9a%e5%95%b2%e7%89%a9%e7%90%86%e5%95%a6%ef%bc%81%ef%bc%88confuse-left-and-right-go-study-physics-then%ef%bc%81%ef%bc%89/

[2] 《掌性(chirality)》,胡婷嘉著 https://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=57245《Biological Homochirality: One of Life’s Greatest Mysteries》(英文)by Sebastian Wellford https://medium.com/a-spoonful-of-sugar/biological-homochirality-one-of-lifes-greatest-mysteries-2031f4700c4b

[3] 《How to Tell Matter From Antimatter | CP Violation & The Ozma Problem》 by minutephysics 

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