Этому всеобщему
закону подчиняются не только цветы,
животные, легкоподвижные жидкости и газы,
но и твердые, неподатливые камни. Этот
закон влияет на изменчивые формы облаков.
В безветренный день они имеют куполовидную
форму с более или менее ясно выраженной
радиально-лучевой симметрией.
Влияние универсального
закона симметрии является по сути
дела чисто внешним, грубым, налагающим
свою печать только на наружную форму
природных тел. Внутреннее их строение
и детали ускользают из-под его
власти.
Рассмотрим
игрушечную матрешку, цветок розы или кочан капусты.
Важную роль в геометрии всех этих природных
тел играет подобие их сходных частей.
Такие части, конечно, связаны между собой
каким-то общим, еще не известным нам геометрическим
законом, позволяющим выводить их друг
из друга.
К перечисленным выше операциям
симметрии можно, таким образом, добавить
операцию симметрии подобия, представляющую
собой своеобразные аналогии трансляций,
отражений в плоскостях, повороты вокруг
осей с той только разницей, что они связаны
с одновременным увеличением или уменьшением
подобных частей фигуры и расстояний между
ними.
Симметрия подобия,
осуществляющаяся в пространстве и
во времени, повсеместно проявляется
в природе на всем, что растет.
А ведь именно к растущим формам
относятся бесчисленные фигуры растений, животных и кристаллов.
Форма древесного ствола - коническая,
сильно вытянутая. Ветви обычно располагаются
вокруг ствола по винтовой линии. Это не
простая винтовая линия: она постепенно
суживается к вершине. Да и сами ветви
уменьшаются по мере приближения к вершине
дерева. Следовательно, здесь мы имеем
дело с винтовой осью симметрии подобия.
Живая природа
в любых ее проявлениях обнаруживает
одну и ту же цель, один и тот же
смысл жизни: всякий живой предмет
повторяет себя в себе подобном.
Главной задачей жизни является ЖИЗНЬ, а
доступная форма бытия заключается в существовании
отдельных целостных организмов. И не
только примитивные организации, но и
сложные космические системы, такие как
человек, демонстрируют поразительную
способность буквально повторять из поколения
в поколение одни и те же формы, одни и
те же скульптуры, черты характера, те
же жесты, манеры.
Какое из чудес
могло бы с большей силой поразить
человеческое воображение, чем появление
новой жизни? Пространство, которое
было ничем, становится деревом, яблоком, человеком.
Возникновение живого существа - явление
целостное, это таинство, так как человек
не умеет познавать неделимое, не расчленяя
его.
Природа обнаруживает
подобие как свою глобальную генетическую
программу. Ключ в изменении тоже
заключается в подобии. Подобие
правит живой природой в целом. Геометрическое
подобие - общий принцип пространственной
организации живых структур. Лист клена
подобен листу клена, березы - березе. Геометрическое
подобие пронизывает все ветви древа жизни.
Какие бы метаморфозы ни претерпевала
в процессе роста в дальнейшем живая клетка,
принадлежащая целостному организму и
выполняющая функцию его воспроизведения
в новый, особенный, единичный объект бытия,
она является точкой "начала", которая
в итоге деления окажется преобразована
в объект, подобный первоначальному. Этим
объединяются все виды живых структур,
по этой причине и существуют стереотипы
жизни: человек, кошка, стрекоза, дождевой
червь. Они бесконечно интерпретируются
и варьируются механизмами деления, но
остаются теми же стереотипами организации,
формы и поведения.
Так же, как
подобны одно другому целостные
живые существа данного вида жизни,
встроенные в ее непрерывно разветвляющуюся
цепь, так же подобны одно другому
и отдельные их члены, функционально
специализированные.
Можно даже выделить,
что функция зрения в целом, как
и детальная структура органов
зрительного восприятия, подчинена
глобальному принципу организации
жизни - принципу геометрического подобия.
Определяя пространственную
организацию живых организмов, прямой угол, который,
кстати, правит физическими процессами,
организует жизнь силами гравитации. Биосфера
(пласт бытия живых существ) ортогональна
вертикальной линии земного тяготения.
Вертикальные стебли растений, стволы
деревьев, горизонтальные поверхности
водных пространств и в целом земная кора
составляют прямой угол. Прямой гол является
объективной реальностью зрительного
восприятия: выделение прямого угла осуществляют
структуры сетчатки в цепи нейронных связей.
Зрение чутко реагирует на кривизну прямых
линий, отклонения от вертикальности и
горизонтальности. Прямой угол, лежащий
в основе треугольника, правит пространством
симметрии подобий, а подобие, как уже
говорилось, - есть цель жизни. И сама природа
и первородная часть человека находятся
во власти геометрии, подчинены симметрии
и как сущности и как символы. Как бы ни
были выстроены объекты природы, каждый
имеет свой основной признак, который
отображен формой, будь то яблоко, зерно
ржи или человек.
Понятия симметрии
и асимметрии фигурируют в науке с древнейших времен
скорее в качестве эстетического критерия,
чем строго научного познания. До появления
идеи симметрии математика, физика, естествознание
напоминали отдельные островки безнадежно
изолированных друг от друга и даже противоречивых
представлений, теорий, законов. Симметрия
характеризует и знаменует собой эпоху
синтеза, когда разрозненные фрагменты
научного знания сливаются в единую, целостную
картину мира. В качестве одной из основных
тенденций этого процесса выступает математизация
научного знания.
Однако симметрию
принято рассматривать не только
как основополагающую картину научного
знания, устанавливающую внутренние
связи между системами, теориями,
законами и понятиями, но и относить
ее к атрибутам таким же фундаментальным,
как пространство и время, движение.
В этом смысле симметрия определяет структуру
материального мира.
Симметрия обладает
многоплановым и многоуровневым
характером. Симметрию нужно рассматривать
на разных уровнях не только в таких
областях научного знания, как физика, математика, химия, биология
и др., но и в каждой отрасли отдельно. В
системе физических знаний симметрия
рассматривается на уровне явлений, законов,
описывающих эти явления, и принципов,
лежащих в основе этих законов, а в математике
- при описании геометрических объектов
и геометрии. Симметрия может быть классифицирована
как:
структурная;
геометрическая;
динамическая,
описывающая соответственно кристаллографический,
математический и физический аспекты
данного понятия.
Симметрию определяют
в связи с такими понятиями, как сохранение
и изменение, равновесие, упорядоченность,
тождество и различие, что связано с охватом
всех аспектов. Сущностью симметрии, строго
говоря, является тождество противоположностей.
Симметрия - это
группа преобразований. Всякое построение симметрии связано с введением
того или иного равенства. Равенство относительно,
и может существовать множество равенств
и соответственно множество симметрий.
В ходе развития
физики, особенно физики элементарных
частиц, возрастает и значение принципов
симметрии для познания природы,
проблемы правого и левого (особенно в
электротехнике, теории полей). Правое
и левое - это отражение реальных отличий
в реальном, объективно существующем мире.
Таким образом,
раньше в естествознании понятие
симметрии связывали только с представлениями
о структуре предметов, т.е. определяли
только пространственно-временную симметрию,
теперь же на основании большого числа
научных данных можно говорить о симметрии
сложных естественных процессов, пространственно-временных
свойств, электрических зарядов, физических
полей и т.д.
Принципы
симметрии делятся на пространственно-временные
(геометрические или внешние) и внутренние,
описывающие свойства элементарных
частиц.
Основная
характерная черта физических законов
- то, что они основаны на симметриях. Симметричным
является объект, который в результате
определенных изменений или преобразований
остается неизменным, инвариантным.
Инвариантность
- это неизменность какой-либо величины
при изменении физических условий
или по отношению к некоторым преобразованиям, т.е.
способность не изменяться при преобразованиях.
В структуре
фундаментальных физических теорий,
которые охватывают все процессы,
все формы движения материи, существуют
более общие законы - законы симметрии
и инвариантности и связанные с ними законы сохранения.
Законы сохранения
физических величин - это утверждения,
согласно которым численные значения
некоторых величин не изменяются
со временем в любых процессах
или определенных классах процессов.
Огромное значение законов сохранения и принципов симметрии состоит
в том, что на них можно опираться при построении
фундаментальных физических теорий, они
демонстрируют единство материального
мира.
Законы физики
можно преобразовывать так, что
при этом их структура остается неизменной,
симметричной. Принципы симметрии
долгое время существовали в неявном виде.
Лишь после
появления теории относительности
Эйнштейна и осознания того факта,
что она есть не что иное, как
теория инвариантов четырехмерного
пространственно-временного континуума,
или один из аспектов теории симметрии,
стали обращать внимание на то, что все
физические законы основаны на симметрии.
Симметрия в
физике - это свойство физических законов,
детально описывающих поведение
системы, оставаться неизменными (инвариантными)
при определенных преобразованиях, которым
могут быть подвергнуты входящие в них
величины.
Изотропность
- это одинаковость свойств физических
объектов в разных направлениях. Изотропность
и однородность пространства как
простейшие виды симметрии появились
уже на заре человеческого познания.
Среди пространственно-временных
принципов симметрии можно выделить
следующие:
Сдвиг системы
отсчета не меняет физических законов,
т.е. все точки пространства равноправны.
Это означает однородность пространства.
Поворот системы
отсчета пространственных координат
оставляет физические законы неизменными,
т.е. все свойства пространства одинаковы
по всем направлениям, иными словами пространство
- изотропно. Например, свойства палки
не меняются, если ее переворачивать в
воздухе. А вот свойства корабля значительно
изменятся, если он перевернется в воде,
так как на границе раздела воды и воздуха
свойства пространства разные. Таким образом,
симметрия пространства означает, что
в пространстве действия физических законов
нет выделенных точек и направлений или
что оно однородно.
Сдвиг во времени
не меняет физических законов, т.е. все
моменты времени объективно равноправны.
Время однородно. Это означает, что
можно любой момент времени взять
за начало отсчета. Этот принцип означает
закон сохранения энергии, который основан на
симметрии относительно сдвигов во времени.
Период колебаний маятника "ходиков"
не изменится, если отсчитать его в полдень
или в полночь, т.е. законы физики не зависят
от выбора начала отсчета времени.
Законы природы
одинаковы во всех инерциальных системах
отсчета. Этот принцип относительности
является основным постулатом специальной
теории относительности (СТО) Эйнштейна.
В соответствии с принципом симметрии
можно произвести переход в другую систему
отсчета, движущуюся относительно данной
системы с постоянной по величине и направлению
скорости. Например, можно перейти из вагона
поезда в машину, если уравнять их скорости.
Зеркальная
симметрия природы - отражение пространства
в зеркале - не меняет физических законов.
Фундаментальные физические законы не меняются
при обращении знака времени. Необратимость,
существующая в макромире, имеет статистическое
происхождение и связана с неравновесным
состоянием Вселенной.
Замена всех
частиц на античастицы не влияет на
физические законы, не меняет характера процессов природы.
В современной
физике обнаружена определенная иерархия
законов симметрии: одни выполняются
при любых взаимодействиях, другие
же - только при сильных и электромагнитных.
Эта иерархия отчетливо проявляется
во внутренних симметриях.
Внутренние
принципы симметрии действуют в
микромире.
Список
использованных источников (сноски в тексте):
1. Моисеев Н.
Человек и ноосфера. - М.: Мол. гвардия,
1990.
2. Казначеев
В.П. Учение В.И. Вернадского
о биосфере и ноосфере. - Новосибирск: Наука, 1939.
3. Философские
проблемы естествознания /Под ред.С.Т.
Мелюхина. - М.: Высш. шк., 2007.
4. Социальные
аспекты экологических проблем.
- М.: Наука, 2004.
5. Мартынов А.
Исповедимый путь. - М.: Прометей, 1989.
- 166 с.
6. Китанович Б. Планета и цивилизация в
опасности. - М.: Мысль, 1985.
7. Красилов В.А.
Охрана природы, принципы, проблемы,
приоритеты - М: Наука, 2002
8. Подобедов
И.С. Природные ресурсы земли
и охрана окружающей среды. - М.:
Недра, 1982.
9. Никитин Д.П.,
Новиков Ю.В. Окружающая среда и человек.
- М.: Высш. шк., 2003. - 415 с.