Молекулы бывают зеркально симметричные и зеркально несимметричные. Например, молекулы, из которых состоят нематики, зеркально симметричны. Действительно, поместив молекулы перед зеркалом, мы убеждаемся, что их зеркальные изображения нисколько не отличаются от них самих. А теперь для примера взглянем на обитателей морей и их отражения в зеркалах, мысленно расположенных по вертикали в середине картинок. Правый и левый дельфины, правая и левая половинки осьминога не совпадают между собой. Точно так же мы никогда не сможем совместить друг с другом правую и левую руки, любая из которых является зеркальным отражением другой. Все это примеры зеркальной несимметричности.Не будет преувеличением сказать, что людей уже на протяжении тысячелетий занимает вопрос о симметрии различных объектов по отношению к их изображению в зеркале.

Приведенные рисунки дельфинов и осьминога (1200 г. до н. э.) украшали пол царского дворца в знаменитом городе Тиринфе (Греция). Зеркальная симметрия связывалась с гармонией и покоем, а отсутствие зеркальной симметрии — с движением и раскованностью. Греческие храмы и христианские соборы, как правило, обладают зеркальной симметрией, потому что по замыслу их творцов они должны быть символами незыблемости религиозных догм. Правда, и здесь бывают исключения. Взгляните на жизнерадостный купол собора Василия Блаженного на Красной площади в Москве. А игривые дельфины и беспокойный осьминог явно контрастируют со статичностью зеркальной симметрии. Наличие зеркала, зеркальной глади прудов и озер позволяют установить либо существование, либо отсутствие симметрии, позволяют увидеть разницу между правым и левым. Но какой объект назвать именно правым или именно левым — дело совершенно произвольное. Мы делаем этот выбор, руководствуясь правилом винта, конкретнее — правилом обхода вокруг его оси. Вспомним правый и левый винты в электромагнитных колебаниях — мы задавали там ориентацию оси винта и обходы вокруг нее по часовой стрелке (вправо) и против часовой стрелки (влево). Мы делаем выбор между правон и левой рукой, неявно подразумевая, что есть ось винта, направленная от ног к голове нашего тела. Если бы мы изменили направление оси на противоположное, то названиями «правая» и «левая» пришлось бы обменяться. Зеркальное изображение правого винта есть левый винт и наоборот. Оригинал и изображение, безусловно, не совпадают, хотя в данном примере оси винтов имеют одинаковую ориентацию: различаются направления обходов. Забавные приключения Алисы в Зазеркалье связаны именно с этим обстоятельством. Девочка попадает в мир за зеркалом, где все правые винты должны быть заменены на левые и наоборот, о чем Алиса не подозревает. Вертикальная же ось холма, на который она хочет взобраться, направлена в обоих мирах одинаково. Алиса знает по своему прежнему опыту, что для подъема на холм ей нужно идти по дороге влево. Это и есть левый винт или левая спираль. В Зазеркалье этот винт стал правым, но она этого еще не знает. Что же происходит? «...А вот и дорожка — она ведет прямо туда... Нет, вовсе не туда, но, наверное, в конце концов туда,— говорила она про себя, идя по дорожке и удивляясь внезапным поворотам.— Как она любопытно закручивается. Не дорожка, а прямо штопор. Ну, уж этот-то поворот — точно на холм. Ах, нет. Это прямо к дому. Ладно, поищем другую дорогу».

После нескольких неудачных попыток уйти от дома на холм Алиса решается пойти по дороге в противоположную сторону, т. е. по правой спирали. И тут ей, естественно, сопутствует удача.

В природе нередко встречаются твердые кристаллы, которые не обладают зеркальной симметрией, т. е. они существуют либо в правой, либо в левой формах. Каждая из этих форм является зеркальным отображением другой. Трудно предположить, что природа могла бы предпочесть одну форму кристалла другой. Чаще всего в среднем обе формы равновероятны. Правда, бывают и исключения. Например, в человеческом организме имеются только правая форма глюкозы и левая форма фруктозы. Употребление в пищу веществ противоположной формы приводит к серьезнейшим заболеваниям. Причина отсутствия равновесия между правой и левой формой вещества кроется, возможно, в том, что какое-либо воздействие извне нарушило непрочное равновесие, существовавшее при зарождении жизни. Известно, что ультрафиолетовое, нейтронное и другие излучения могут изменять строение молекул. Однако проблемы функционирования биологических клеток и вопросы зарождения жизни очень сложны и еще ждут полного решения. Мы поговорим о них немного подробнее в конце книги, когда будем совершать экскурсию в биологию.

Химики научились получать правые и левые молекулы в необходимых для науки и практики количествах. Об их искусстве речь пойдет дальше. А сейчас попробуем изобразить молекулу, которая не является зеркально симметричной. Она должна напоминать либо левую, либо правую половинки, т. е. должна быть более или менее плоская поверхность и на ней холм или выступ, на который серпантином поднимается тропинка. В нашем случае тропинку заменяет цепочка атомов, которая отходит от основного плоского участка молекулы (подошвы холма), завиваясь либо в левую, либо в правую спираль. В действительности на вершине холма или выступа находится какой-либо атом, наиболее далеко отошедший из основной плоскости молекулы, а спиральная цепочка может быть очень короткой — просто отрезком спирали.

Так устроены молекулы, имеющие либо левый, либо правый винт. Именно из таких молекул состоят холес-терики. Сходство молекул холестерина и нематика заключается в наличии у тех и у других больших плоских участков, сильно вытянутых в одном направлении. У молекулы холестерика к такому участку еще добавлен кусочек спирали. Толщина молекулы а составляет обычно около 1 нм, а общая длина несколько нанометров. 

В основной плоскости насчитываются несколько десятков и даже сотни атомов, в то время как спиральный выступ насчитывает единицы атомов. Вот почему холестерик сохраняет некоторые черты нематика и в то же время так не походит на него. Чтобы оценить по достоинству сложность и тонкость работы ученых, имеющих ключи от двери в Зазеркалье, посмотрим на некоторые примеры строения реальных молекул.