本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
人类的思想常常将熟悉与理解混淆。
你已经学习了一个领域的基础知识。你已经记住了规则，并且多次使用它们，以至于它们已经成为第二天性，或者“常识”——这意味着你已经停止问自己为什么它们应该是真的。现在，对你来说，学习一个新概念通常比从白板开始更难。
这就是为什么我们许多在大学学习科学、工程或数学的人发现很难说服自己，电磁学——自然界的四种基本力之一——没有首选的手性。（这尤其意味着人们不能使用电磁学定律来向遥远的外星人解释我们左右的概念，或者像理查德·费曼所说的那样，通过电话向火星人解释。）
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事实上，我们许多人第一次面对手性的正式概念正是在电磁学课堂上。
在电磁学课上，学生们学习到电流会产生磁场。该磁场在导线周围的空间中旋转，类似于飓风中的风速模式如何围绕风眼旋转。为了记住磁场的方向，学生们被教授一种称为右手定则的东西。
右手定则与电磁学的联系如此根深蒂固，以至于在人们的脑海中，电磁理论可以成为手性本身的心理图像——一个特定手性内置理论的典型例子。
然后有人站出来声称电磁学与手性根本无关。你听着他们的话，但你的大脑一直在阻止他们，而是想象着导线周围磁场的画面。你的内心声音不断重复，右手定则的理论怎么可能无法区分左右呢？
原因很简单：磁场本身指向一个明确方向的想法——即存在北和南的想法——纯粹是一种约定俗成。为了理解原因，有必要了解磁场实际上起什么作用。静态磁场主要出现在两种（并非完全不相关的）现象中。第一种是对永磁体施加扭矩，例如，对指南针的指针施加扭矩：稍后详细介绍。
第二种是它会使移动的电荷偏转：因此您在原子对撞机（如 LHC）中看到的一些轨迹是弯曲的。粒子物理学家将他们的探测器嵌入强大的超导磁体中，因为他们可以通过观察这些轨迹的弯曲方式来收集大量信息。
磁场推动电子的方向与电子的运动方向和磁场本身都成 90 度角。这被称为洛伦兹力，其确切方向再次由右手定则描述。
这是一个非常简单的情况：假设您有一根垂直导线，电流在“向上”方向流动。根据右手定则，导线产生的磁场大致如下所示（请原谅这极其低科技的图示）
现在一个电子出现了，它正在垂直移动。然后磁场以洛伦兹力作用于电子，该力与磁场本身和电子的运动方向都成 90 度角。该力 направлен away from the wire，看起来如下
为了弄清楚力将电子推向哪个方向，人们应用右手定则一次以获得磁场的方向，然后再应用一次以计算相应的力。最终结果是一个与任何左右手无关的方向的力：它只是指向或远离导线。
“当我们实际预测物质由于磁场而如何运动时，我们使用右手定则两次，所以它会抵消，”加州大学河滨分校的数学物理学家约翰·贝兹解释说。“我们在描述电流或变化的电场如何产生磁场时使用右手定则一次，在描述磁场如何推动物质时再次使用！”
贝兹指出，如果我们使用相反的约定（左手定则）来定义磁场，并且也用它来计算由此产生的洛伦兹力，“我们会得到相同的答案”。
但是，磁场的方向真的是任意的吗？毕竟，条形磁铁不是指向一个明确的方向吗？事实上，定义磁场的一种方法是观察其对条形磁铁的影响，特别是对指南针的影响。您将指南针放在空间中的某个点，并记下“N”指向的方向。如果您带着指南针绕着电线走动，S->N 方向始终是右手定则定义的磁场方向。
但是，有一个小问题。我们对磁北的定义本身就是一种约定俗成。向外星人解释我们所说的北方并不比解释我们右手的概念更容易。
我们习惯于看地图，其中北方朝上，南方朝下（尽管地图的北极与地磁北极并不完全重合，这使事情变得有点复杂）。地图指向北方可能是因为它们是由北半球的人们发明的，他们可能觉得这很方便，因为他们使用北极星进行导航。如果您在举起地图的同时看着北极星，那么能够读取地图上的标签而无需倾斜头部会很有帮助。据一些人说，将北方朝上和南方朝下的传统可以追溯到托勒密。
但是，地球的磁北极和磁南极之间存在完美的对称性。除了在我们的想象中，没有什么东西会优先从南向北移动——或者从北向南移动。极光在磁南极和磁北极的发生方式没有任何不同。到达地球的外星人当然能够测量地磁场，但从那一点上，他永远无法猜到我们传统上决定将指南针上的箭头指向哪个方向。
这篇文章是关于手性系列文章的一部分。以下是该系列文章的所有文章： 敬请期待：挑战的“困难解决方案”
建议阅读
《新全能宇宙：从镜像反射到超弦的对称性和不对称性：第三版修订版》。作者：马丁·加德纳。2005年。
《宇宙的手性》。Roger A. Hegstrom 和 Dilip K. Kondepudi 发表于《大众科学》，第 262 卷，第 108-115 页；1990 年 1 月。
《外星人比萨，有人要吗？》。Davide Castelvecchi 发表于《科学新闻》，第 172 卷，第 7 期，第 107- 页；2007 年 8 月 18 日
图片来源：Steele Hill/NASA；国家高磁场实验室