Bài giảng Vật lý - Chủ đề: Tính thuận trái, thuận phải

TÍNH THUẬN TRÁI – THUẬN PHẢITrong tự nhiên có tồn tại tính thuận trái – tính thuận phải cũng giống như con người có người thuận tay trái – người thuận tay phải. Theo như tìm hiểu thì có đến 85% số người là thuận tay phải, 13% thuận tay trái và 2% thuận cả 2 tay. Vậy trong tự nhiên có thuận cả trái lẫn phải không?I.ĐẶT VẤN ĐỀKhi ta nhìn các cơ thể bất đối xứng qua gương phẳng thì tính thuận trái hoặc phải đó gọi là tính Chiran( Chirality ).Tính Chiran sẽ thay đổi từ thuận trái thành thuận phải và ngươc lại từ thuận phải thành thuận trái.Trong nhiều trường hợp tính Chiran không tồn tại trong Thế Giới thực cũng như nếu giả thuyết tất cả các vỏ sên đều thuận phải thì qua tính Chiran sẽ biến nó thành thuận trái – một điều không tồn tại với giả thuyết thực tại.Trong tự nhiên, tính Chiran( thuận trái hoặc thuận phải ) chiếm ưu thế. II.1KHÁI NIỆM TÍNH CHIRANII.2 MỘT SỐ VÍ DỤ VỀ TÍNH THUẬN TRÁI PHẢI.Đa số các loại dây leo cũng quấn quanh cây, cọc theo một đường xoắn thuận phảiCác loại ốc cũng cĩ dạng xoắn thuận phải. Mặc dù tùy lồi cĩ cả hai loại. Ở mức phân tử, phân tử AND là 1 đường xoắn kép thuận phải và nhiều Protein là các đường xoắn đơn thuận phải thì có tới 19 trong số 20 axitamin đều ở 1 trong 2 dạng Chiran là đối xứng gương của nhau nhưng trừ 1 số ngoại lệ hiếm hoi mà tất cả các axitamin trong 1 cơ thể sống đều thuận trái. Ở mức phân tử, AND là một đường xoắn kép thuận phải. Trong khi nhiều protêin là các xoắn đơn thuận phải.Sự bất đối xứng hay có tính Chiran của các phân tử sinh học là hết sức quan trọng đối với các cơ thể sống. Năm 1960, thuốc Thalidomide dùng để điều trị bệnh nôm buổi sáng chủ yếu dành cho những phụ nữ đang mang thai là nguyên nhân gây ra những khuyết tật bẩm sinh cho những đứa trẻ đã được sinh ra sau đó. Những khuyết tật này thật chất do 1 dạng thuận trái hoặc phải của phân tử thuốc gây ra trong khi cách khắc phục là dùng phân tử đối xứng gương của nó. Cũng chính bởi tính Chiran mà cùng một hóa chất Limonene ở dạng này lại có mùi cam, đối xứng gương lại có mùi chanhBên cạnh những điều bí ẩn về bất đối xứng trong tự nhiên đó vẫn có những vấn đề rất đáng kinh ngạc về đối xứng trong tự nhiên như đối xứng bậc 6 của bông tuyết, đối xứng của cơ thể người, của lá cây Những vấn đề đối xứng đó liệu có đang phản ánh sự đối xứng tiềm ẩn trong tự nhiên không?Cho đến năm 1957 thì ý kiến của các nhà vật lí đều cho rằng các định luật cơ bản của vật lí đều hoàn toàn đối xứng và ở mức cơ bản nhất.Ảnh gương của 1 quá trình vật lí bất kì cũng là 1 quá trình có thể xảy ra.III.MỘT SỐ VÍ DỤ VỀ SỰ ĐỐI XỨNG TRONG TỰ NHIÊN.Sự đối xứng qua trục chiếc láCây bìm bìm luơn bện vào nhau theo chiều xoắn thuận phải. Chiều xoắn này gọi là xoắn phải vì khi đặt bàn tay phải sao cho từ cổ tay đến các ngĩn tay theo chiều xoắn của cây thì ngĩn tay cái choải ra ngồi.>Đền taj mahat ở Agra Ấn Độ cĩ thiết kế đối xứng rất đẹp.Năm 1950, các nhà khoa học đã biết đến 4 lực cơ bản. Trong đĩ lực hấp dẫn và từ được biết đến là hồn tồn đối xứng. Nghĩa là các phương trình của những lực này đều cĩ dạng như nhau khi ta thực hiện phếp biến đổi nghịch đảo với trục tọa độ.Bây giờ ta sẽ xem bằng cách nào để cĩ thể chứng tỏ được lực hấp dẫn và điện từ khơng thay đổi đối với phép nghịch đảo tọa độ.Trước hết chúng ta hãy xác định tác dụng của r phếp nghịch đảo đối với các veto khác nhau, bắt đầu từ vector vị trí r. vì phếp nghịch đảo làm biến đổi dấu của mỗi tọa độ, nên ta cĩ: r = xi +yj + zk . Suy ra : -xi – yj – zk = -rlấy đạo hàm liên tiếp vector r theo thời gian ta thấy răng: v suy ra –v, a suy ra –a. mà F = ma nên F suy ra –F.Trong lực hấp dẫn F = ((Gm1m2):r2 )* rvector suy ra (-F) = -(Gm1m2):r2)*(-rvector)suy ra phương trình ban đầu khơng hề thay đổi.F là lực hấo dẫn do m1 tác dụng lên m2 và vector r là vector đơn vị chỉ hướng từ m1 đến m2.Phép nghịch đảo tọa độ cịn được gọi là phép tính chẵn lẻ và chúng ta nĩi rằng lực hấp dẫn bảo tồn tính chẵn lẻ. Định luật cu long cĩ dạng giống hệt như định luật hấp dẫn và chúng ta cĩ thể chứng minh rằng các định luật ampere và faraday cũng khơng thay đổi. Vì vậy cũng giống như lực hấp dẫn, các lực điện từ đều bảo tồn tính chẵn lẻ. Như vậy nếu 1 quá trình chỉ liên quan đến các lực điện từ và hấp dẫn thì ảnh gương của quá trình đĩ cũng là một quá trình khả dĩ trên thực tế. Nhiều thực nghiệm đã chứng tỏ răng lực hạt nhân mạnh cũng bảo tồn tính chất nay.Vấn đề đặt ra là nếu tất cả các lực đều đối xứng như vậy thì làm thế nào lại xuất hiện tính bất đối xứng ở các lồi cây leo, ở phân tử AND và các protein? Năm 1956 T.D Lee và C.N Yang đã chỉ ra rằng thực tế chưa cĩ bằng chứng nào chứng tỏ răng tương tác yếu bảo tồn tính chẵn lẻ cả. Vì vậy họ đề nghị thí nghiệm dùng nguồn phát electron là Coban. Điều đáng ngạc nên là tự nhiên lại phân biệt thuận trái với thuận phải: một quá trình cĩ thể xảy ra nhưng ảnh gương của nĩ lại khơng. Như vậy ở mức cơ bản, tương tác yếu đã thay đổi dạng của nĩ đối với phép nghịch đảo tọa độ.Lực yếu tác dụng giữa các e và hạt nhân, dù ở mức rất thấp. Nhưng liệu nĩ cĩ phải là nguồn gốc của những bất đối xứng trong tự nhiên?  Tính tốn cho thấy rằng lực yếu dẫn tới năng lượng hơi thấp hơn 1 chút đối với dạng thuận trái của a.amin, do đĩ chúng cũng hơi được ưu ái hơn 1 chút trong quá trình tạo thành.Nhưng chỉ với tỉ lệ 1một trong số 1012 phân tử. Sự vượt trội này là quá trình nhỏ để cĩ thể đo được nhưng lại phù hợp với quan sát thấy rằng cả 2 loại đều được tạo ra với số lượng như nhau trong các phản ứng ở phịng thí nghiệm. Nếu như tương tác yếu là nguộn gĩc của sụ bất đối xứng thì rõ ràng là phải co 1 loại quá trình khuếch đại nào đĩ đã hoạt động.Các kỹ sư thơng tin thường dùng cách lấy trug bình kí hiệu để dị ra 1 tín hiệu yếu bị vùi lấp trong nền nhiễu. Vì nhiễu thăng giáng 1 cách ngẫu nhiên giữa các giá trị âm dương nên nếu lấy trung bình trong 1 thời gian dài sẽ cho giá trị bằng khơng, trong khi đĩ tí hiệu cĩ thể nhỏ hơn nhưng luơn luơn ở cùng 1 hướng nên cuối cùng cộng thành những giá trị lớn hơn nhiễu. Về mặt tốn học nếu n mẫu nhiễu S (n) được cộng lại, tổng sẽ tăng như Scăn(n) trong khi nếu n mẫu tín hiệu S(s) được cộng lại tổng sẽ tăng như nS(s). Do vậy S(s) thậm chí rất nhỏ so với S(n), nhưng cuối cùng tín hiệu trung bình vẫn trội hơn nhiễu trung bình vì n tăng nhanh hơn căn(n).Người thuận tay trái thường thơng minh, nhanh nhẹn hơn người thuận tay phải.Như vậy, câu hỏi về nguồn gốc của tính chiran của các vỏ sị, vỏ ốc và các sợi dây leo, cũng như câu hỏi về tính thuận tay của con người vẫn cịn để ngỏ chưa cĩ câu trả lời chắc chắn. Các mối liên hệ giữa tính chiran của các phân tử sinh học và tính chiran, chẳng hạn các vỏ ốc vẫn cịn là quá mong manh và bí ẩn để cĩ thể rút ra một số kết luận chắc chắn nào!!!