本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
人類的思想常常將熟悉與理解混淆。
你已經學習了一個領域的基礎知識。你已經記住了規則，並且多次使用它們，以至於它們已經成為第二天性，或者“常識”——這意味著你已經停止問自己為什麼它們應該是真的。現在，對你來說，學習一個新概念通常比從白板開始更難。
這就是為什麼我們許多在大學學習科學、工程或數學的人發現很難說服自己，電磁學——自然界的四種基本力之一——沒有首選的手性。（這尤其意味著人們不能使用電磁學定律來向遙遠的外星人解釋我們左右的概念，或者像理查德·費曼所說的那樣，透過電話向火星人解釋。）
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事實上，我們許多人第一次面對手性的正式概念正是在電磁學課堂上。
在電磁學課上，學生們學習到電流會產生磁場。該磁場在導線周圍的空間中旋轉，類似於颶風中的風速模式如何圍繞風眼旋轉。為了記住磁場的方向，學生們被教授一種稱為右手定則的東西。
右手定則與電磁學的聯絡如此根深蒂固，以至於在人們的腦海中，電磁理論可以成為手性本身的心理影像——一個特定手性內建理論的典型例子。
然後有人站出來聲稱電磁學與手性根本無關。你聽著他們的話，但你的大腦一直在阻止他們，而是想象著導線周圍磁場的畫面。你的內心聲音不斷重複，右手定則的理論怎麼可能無法區分左右呢？
原因很簡單：磁場本身指向一個明確方向的想法——即存在北和南的想法——純粹是一種約定俗成。為了理解原因，有必要了解磁場實際上起什麼作用。靜態磁場主要出現在兩種（並非完全不相關的）現象中。第一種是對永磁體施加扭矩，例如，對指南針的指標施加扭矩：稍後詳細介紹。
第二種是它會使移動的電荷偏轉：因此您在原子對撞機（如 LHC）中看到的一些軌跡是彎曲的。粒子物理學家將他們的探測器嵌入強大的超導磁體中，因為他們可以透過觀察這些軌跡的彎曲方式來收集大量資訊。
磁場推動電子的方向與電子的運動方向和磁場本身都成 90 度角。這被稱為洛倫茲力，其確切方向再次由右手定則描述。
這是一個非常簡單的情況：假設您有一根垂直導線，電流在“向上”方向流動。根據右手定則，導線產生的磁場大致如下所示（請原諒這極其低科技的圖示）
現在一個電子出現了，它正在垂直移動。然後磁場以洛倫茲力作用於電子，該力與磁場本身和電子的運動方向都成 90 度角。該力 направлен away from the wire，看起來如下
為了弄清楚力將電子推向哪個方向，人們應用右手定則一次以獲得磁場的方向，然後再應用一次以計算相應的力。最終結果是一個與任何左右手無關的方向的力：它只是指向或遠離導線。
“當我們實際預測物質由於磁場而如何運動時，我們使用右手定則兩次，所以它會抵消，”加州大學河濱分校的數學物理學家約翰·貝茲解釋說。“我們在描述電流或變化的電場如何產生磁場時使用右手定則一次，在描述磁場如何推動物質時再次使用！”
貝茲指出，如果我們使用相反的約定（左手定則）來定義磁場，並且也用它來計算由此產生的洛倫茲力，“我們會得到相同的答案”。
但是，磁場的方向真的是任意的嗎？畢竟，條形磁鐵不是指向一個明確的方向嗎？事實上，定義磁場的一種方法是觀察其對條形磁鐵的影響，特別是對指南針的影響。您將指南針放在空間中的某個點，並記下“N”指向的方向。如果您帶著指南針繞著電線走動，S->N 方向始終是右手定則定義的磁場方向。
但是，有一個小問題。我們對磁北的定義本身就是一種約定俗成。向外星人解釋我們所說的北方並不比解釋我們右手的概念更容易。
我們習慣於看地圖，其中北方朝上，南方朝下（儘管地圖的北極與地磁北極並不完全重合，這使事情變得有點複雜）。地圖指向北方可能是因為它們是由北半球的人們發明的，他們可能覺得這很方便，因為他們使用北極星進行導航。如果您在舉起地圖的同時看著北極星，那麼能夠讀取地圖上的標籤而無需傾斜頭部會很有幫助。據一些人說，將北方朝上和南方朝下的傳統可以追溯到托勒密。
但是，地球的磁北極和磁南極之間存在完美的對稱性。除了在我們的想象中，沒有什麼東西會優先從南向北移動——或者從北向南移動。極光在磁南極和磁北極的發生方式沒有任何不同。到達地球的外星人當然能夠測量地磁場，但從那一點上，他永遠無法猜到我們傳統上決定將指南針上的箭頭指向哪個方向。
這篇文章是關於手性系列文章的一部分。以下是該系列文章的所有文章： 敬請期待：挑戰的“困難解決方案”
建議閱讀
《新全能宇宙：從映象反射到超弦的對稱性和不對稱性：第三版修訂版》。作者：馬丁·加德納。2005年。
《宇宙的手性》。Roger A. Hegstrom 和 Dilip K. Kondepudi 發表於《大眾科學》，第 262 卷，第 108-115 頁；1990 年 1 月。
《外星人比薩，有人要嗎？》。Davide Castelvecchi 發表於《科學新聞》，第 172 卷，第 7 期，第 107- 頁；2007 年 8 月 18 日
圖片來源：Steele Hill/NASA；國家高磁場實驗室