為什麼多數人的心臟位於身體左側?舊金山「陳─祖克柏生物中心」(Chan Zuckerberg Biohub)生物與物理學家兼研究員格雷格·胡貝爾(Greg Huber)花三年時間探索,用「獅身人面像瓷磚」研究,發現與「手性」有意想不到的相關特性。
胡貝爾用簡單不對稱形狀解釋,這種形狀在三角形晶格出現,但未受學術界太多關注,他就「獅身人面像瓷磚」與合作夥伴克雷格·克內希特(Craig Knecht)、沃爾特·川普(Walter Trump)和羅伯特·齊夫(Robert Ziff)研究,成果發表於《物理評論研究》期刊。
獅身人面像是由六個等邊三角形組成,有固有利手性,可為左手或右手方向,並是唯一已知能平鋪自身每個階的不對稱六面體,代表按 n 倍縮放的所有獅身人面像都可由 n‧n 個更小單位獅身人面像平鋪。
簡單來說,一個 2 階獅身人面像可由 4 個獅身人面像方塊組成,一個 3 階獅身人面像可由 9 個獅身人面像方塊組成,依此類推,從單一獅身人面像開始,可能的圖塊排列或布局數量一開始很小,如 1、1、4、16……但這情況不會持續很久。
平鋪獅身人面像數量越來越多,可能的布局數也呈超指數成長,如 5 階獅身人面像有 153 種可能拼貼,6 階近 72,000 種拼貼、13 階高達 1030 種,或 10 到 30 階,並具低手性能量和高手性能量。
瓷磚的不對稱性為探索手性提供豐富的途徑,以並排放置兩塊磁磚為例,兩個獅身人面像磁磚有 46 種(或 47 種,取決如何計算)不同方式形成二元組,可用低手性能量方式平鋪,顯示多數相鄰獅身人面像都處於相同方向或高手性能量。
胡貝爾強調,這努力不僅是抽象練習,幾何和手性都與生物學有重要但經常被忽視的關聯,如「病毒衣殼」有基於相同晶格的幾何對稱性,宇宙不應偏愛一種手性,因此手性可能非常神祕,而獅身人面像瓷磚令人驚訝的手性相互作用是這項研究的動機。
所謂「手性」又稱對掌性,在多種學科代表重要的對稱特點,若某物體與鏡像不同就稱為「手性」,且鏡像不能與原物體重合,如左手和右手互為鏡像而無法疊合,因此手性物體與鏡像稱為對映體(enantiomorph)。
(首圖來源:Entropy and chirality in sphinx tilings)






