Links ist nicht das Gegenteil von rechts

Philipp Wehrli, 2. Januar 2002

Aufgrund von theoretischen Überlegungen schlossen Tsung-Dao Lee und Cheng-Ning Yang 1956, dass es in den Naturgesetzen einen Unterschied zwischen links und rechts geben muss. Diese Idee wurde unter Physikern kaum ernst genommen, denn es galt als selbstverständlich, dass alles, was links herum ablief, ebensogut auch rechts herum ablaufen konnte.

Es gibt in der Natur zwar eine ganze Reihe von Phänomenen, bei denen links und rechts unterschieden wird. Diese müssen erwähnt werden, um klarzustellen, was Lee und Yang nicht meinten: Unser Herz sitzt links, die meisten Menschen sind Rechtshänder, die meisten Tiere rennen, fliegen oder schwimmen lieber Linkskurven und die meisten Windepflanzen drehen sich von oben gesehen entgegen dem Uhrzeigersinn (Wac 1).

Den Unterschied zwischen links und rechts gibt es schon bei einzelnen Molekülen, die z. B. wie eine Schraube links oder rechts gewunden sein können. In manchen Fällen hat dies dramatische Auswirkungen. Z. B. ist linker Kampfer dreizehnmal so toxisch wie die entsprechende synthetisch gewonnene Rechtsform. Die meisten Organismen können nur rechtsdrehenden Zucker verwerten. Wenn wir schlank bleiben wollen, könnten wir künstlich hergestellten linksdrehenden Zucker essen, der praktisch gleich schmeckt.

Bei all diesen Beispielen ist aber nicht einzusehen, weshalb nicht links und rechts vertauscht sein könnten. Wenn alle Molekülen unseres Körpers gespiegelt wären, dann könnten wir nur den linksdrehenden Zucker verwerten und der linke Kampfer wäre für uns weniger toxisch als der rechte. Die Pflanzen produzieren deshalb alle denselben Zucker, weil sie miteinander verwandt sind und weil sie im selben Ökosystem leben. Es ist ein Vorteil, von den Stoffen zu leben, die am häufigsten in der Natur vorkommen. So sind z. B. auch alle 20 Aminosäuren bei fast allen Lebewesen linksgedreht, obwohl die rechtsgedrehte Form ebensogut denkbar wäre.

Auf einem anderen belebten Planeten wären vielleicht alle Bausteine des Lebens rechtsgedreht. Denn chemisch sind beide Formen gleichwertig. Wenn wir z. B. Zucker künstlich herstellen, dann produzieren wir immer gleichviel links- wie rechtsdrehenden Zucker.

Lee und Yang meinten etwas viel Fundamentaleres, als sie sagten, links und rechts sei in der Natur verschieden. Sie meinten einen Unterschied, der unabhängig vom Ökosystem auf jedem Planeten im Universum gilt. Links ist nicht das exakte Gegenteil von recht. Es ist etwas anderes.

Obwohl kaum jemand an einen Erfolg glaubte, untersuchte die Physikerin Chien-Shiung Wu die Theorie. Sie verwendete Kobalt-60-Kerne, die nach einiger Zeit zerfallen und dabei ein Elektron abstrahlen. Genau gesagt: Ein Neutron des Kerns zerfällt in ein Proton, ein Elektron und ein Antineutrino. Das Proton bleibt im Kern, das Antineutrino ist unsichtbar, während das Elektron sichtbar ist und weggestrahlt wird.

Ausserdem haben die Kobalt-Kerne einen Spin, d. h. sie drehen sich um sich selber. Wu richtete die Kobalt-Kerne in einem Magnetfeld so aus, dass sie sich alle in die gleiche Richtung drehten. In Analogie zur Erddrehung nenne ich den einen Pol der Kobalt-Kerne Südpol, den anderen Nordpol. Nun stellte Wu fest, dass die abgestrahlten Elektronen immer vom Südpol wegflogen. Der gespiegelte Vorgang, dass also die Elektronen vom Nordpol her weggestrahlt werden, kommt in der Natur nicht vor.

Abbildung 1
Ein Kobalt-Kern zerfällt und strahlt dabei ein Elektron ab. Der Kobalt-Kern dreht sich um die eigene Achse. Wenn wir in Analogie zur Erddrehung Nord- und Südpol definieren, fliegt das Elektron immer vom Südpol weg.

Mit diesem Experiment werden links und rechts eindeutig unterscheidbar. Ich könnte einem Ausserirdischen sagen: „Nehmen Sie Kobalt-60-Kerne, richten Sie sie alle gleich und schauen Sie, wo die Elektronen wegfliegen. Wenn Sie die Kobalt-Kerne aus dieser Richtung betrachten, dann drehen sie sich nach links.“

Wenn wir denselben Versuch mit Antimaterie durchführen würden, würde das Antikobalt Antielektronen ausspucken und zwar nicht zum Südpol, sondern zum Nordpol. So wurde der Versuch zwar nie durchgeführt, weil es praktisch unmöglich ist, Antikobalt auf der Erde herzustellen. Die Antimaterie verschwindet ja sogleich, wenn sie mit Materie in Kontakt kommt. Von Versuchen mit kleineren Antiteilchen wissen wir aber, dass sich Antimaterie genau wie gespiegelte Materie mit umgekehrter Ladung verhält.

Das bedeutet aber auch, dass Sie dem Ausserirdischen ‘links’ und ‘rechts’ nur erklären können, wenn Sie wissen, dass er aus Materie besteht. Würde er in einer Antiwelt leben, dann würde er Sie missverstehen. Sollten Sie also einmal mit einem Ausserirdischen flirten, dann achten Sie beim ersten Rendez-vous darauf, welche Hand er Ihnen entgegenstreckt. Ist es die linke, dann hat er Sie missverstanden. Er besteht aus Antimaterie. Wenn Sie nicht mit ihm zusammen explodieren wollen, dann suchen Sie schleunigst das Weite!

Kann man schon auf Distanz feststellen, ob der Ausserirdische aus Materie oder aus Antimaterie besteht? -Dazu müsste es eine Methode geben, mit der Materie und Antimaterie und damit auch links und rechts eindeutig unterschieden werden können. Das gibt es in der Tat! (Siehe Kaonenzerfall)

Weiterführende Artikel auf dieser Homepage:
Der Kaonenzerfall
Wie ist die Welt entstanden? - Bei meinem Modell, was die Welt ist, ergibt sich von selbst die links/rechts Asymmetrie

 Weiterführende Bücher:

Wachtel Siegfried / Jendrusch Andrej, ‘Der Linksdrall in der Natur’, (1993), dtv Deutscher Taschenbuch Verlag GmbH & Co. KG, München Eine Sammlung von Naturphänomenen, bei denen die Unterscheidung von links und rechts eine Rolle spielt.

Spektrum Akademischer Verlag, (1995), Heidelberg, ‘Teilchen, Felder und Symmetrien - Reihe Verständliche Forschung’ Eine Reihe anregender Artikel zum Thema Teilchenphysik, ideal als Einstieg. Die Artikel sind kurz, prägnant und allgemeinverständlich und werden mit vielen schönen Grafiken illustriert.

Feynman, Richard P., ‘Vom Wesen physikalischer Gesetze’, (1977), Serie Piper. Betrachtungen eines grossen Physikers zu den Grundthemen der Physik: Gravitation, Beziehung zwischen Mathematik und Physik, Erhaltungssätze, Symmetrie, Unterschied zwischen Vergangenheit und Zukunft, Unbestimmtheit und Zufall, entdeckung neuer Gesetze.

Weitere Bücher zur Quantentheorie