Симметрия и асимметрия в природе

8.2. Симметрия и асимметрия  в природе

Симметрия и асимметрия являются объективными свойствами природы, одними из фундаментальных в современном  естествознании. Симметрия и асимметрия имеют универсальный, общий характер как свойство материального мира.

Симметрия (от греч. symmetria – соразмерность, порядок, гармония) является всеобщим свойством природы. Представление о симметрии у человека складывалось тысячелетиями. Термин «симметрия» фигурирует в представлениях человека как элемент чего-то «правильного», прекрасного и совершенного. В своих раздумьях над картиной мироздания человек определял симметрию какмагическое качество природы, ее целесообразность, совершенство и старался отразить эти свойства в музыке, поэзии, архитектуре. В определенной мере симметрия выражает степень упорядоченности системы. В связи с этим имеется тесная корреляционная связь энтропии как меры неупорядоченности с симметрией: чем выше степень организованности вещества, тем выше симметрия и ниже энтропия.

Степень симметрии природных  систем отражается в симметрии математических уравнений, законов, отображающих их состояние, в неизменности каких-либо их свойств по отношению к преобразованиям симметрии.

Симметрия – это понятие, отражающее существующий в природе  порядок, пропорциональность и соразмерность  между элементами какой-либо системы  или объекта природы, упорядоченность, равновесие системы, устойчивость, то есть некий элемент гармонии.

Асимметрия – понятие, противоположное симметрии, отражающее разупорядочение системы, нарушение равновесия, что связано с изменением и развитием системы.

Из определений симметрии  и асимметрии следует, что развивающаяся динамическая система должна быть обязательно несимметричной и неравновесной.

Современное естествознание представлено целой иерархией симметрий, которая отражает свойства иерархии уровней организации материи. Выделяют различные формы симметрий: калибровочные, пространственно-временные, изотопические, перестановочные, зеркальные и т. д. Все эти виды симметрий подразделяются на внешние и внутренние.

Внутреннюю симметрию  невозможно наблюдать, она скрыта в  математических уравнениях и законах, выражающих состояние исследуемой системы. Пример тому – уравнение Максвелла, описывающее взаимосвязь электрических и магнитных явлений, или теория гравитации Эйнштейна, связывающая свойства пространства, времени и тяготения.

Внешняя симметрия (пространственная или геометрическая) представлена в природе большим многообразием. Это симметрия кристаллов, молекул, живых организмов.

Для чего нужна симметрия  живому и как она возникла?

Живые организмы формировали  свою симметрию в процессе эволюции. Зародившиеся в водах океана, первые живые организмы имели правильную сферическую форму. Внедрение организмов в другие среды заставляло их адаптироваться к новым специфическим условиям. Один из способов такой адаптации – симметрия на уровне физической формы. Симметричное расположение частей органов тела обеспечивает живым организмам равновесие при движении и функционировании, жизнестойкость и адаптацию. Довольно симметричны внешние формы крупных животных, человека. Растительный мир организмов также наделен симметрией, что связано с борьбой за свет, физической устойчивостью к полеганию (закон всемирного тяготения). Например, конусообразная крона ели имеет строго вертикальную ось симметрии – вертикальный ствол, утолщенный книзу для устойчивости. Отдельные ветви симметрично расположены по отношению к стволу, а форма конуса способствует рациональному использованию кроной светового потока солнечной энергии, увеличивает устойчивость. Таким образом, благодаря притяжению и законам естественного отбора ель выглядит эстетически красиво и «построена» рационально. Внешняя симметрия насекомых и животных помогает им держать равновесие при движении, извлекать максимум энергии из окружающей среды и рационально ее использовать.

В физических и химических системах симметрия приобретает  еще более глубокий смысл. Так, наиболее устойчивы молекулы, обладающие высокой симметрией (инертные газы). Симметрия молекул определяет характер молекулярных спектров. Высокая симметрия характерна для кристаллов. Кристаллы – это симметричные тела, их структура определяется периодическим повторением в трех измерениях элементарного атомного мотива.

Асимметрия также широко распространена в мире.

Внутреннее расположение отдельных органов в живых  организмах часто асимметрично. Например, сердце расположено слева у человека, печень – справа и т. д. Л. Пастер, французский микробиолог и иммунолог, выделил левые и правые кристаллы винной кислоты. Молекула ДНК асимметрична – ее спираль всегда закручена вправо. Все аминокислоты и белки, входящие в состав живых организмов, способны отклонять поляризованный луч света влево.

В отличие от молекул  неживой природы, где левые и  правые молекулы встречаются часто, то есть носят в основном симметричный характер, молекулы органических веществ  характеризуются ярко выраженной асимметрией. Придавая большое значение асимметрии живого, В. И. Вернадский предполагал, что именно здесь проходит тонкая граница между химией живого и неживого. Л. Пастер также, основываясь на этих признаках, провел границу между живым и неживым. Следует также отметить, что живые организмы (растения) в процессе жизнедеятельности поглощают из окружающей среды (почвы) в значительной степени химические соединения минеральной пищи, молекулы которой симметричны и в своем организме превращают их в асимметричные органические вещества: крахмал, белки глюкозу и т. д. Симметрия молекул пищевых веществ живого организма согласуется с симметрией молекул самого организма. В противном случае пища будет несовместимой (ядовитой).

Структура компонентов  клетки также асимметрична, что имеет  большое значение для ее обмена веществ, энергетической обеспеченности, а также способствует более высокой скорости протекания биохимических реакций.

Симметрия и асимметрия – это две полярные характеристики объективного мира. Фактически в природе  нет чистой (абсолютной) симметрии или асимметрии. Эти категории – противоположности, которые всегда находятся в единстве и борьбе. Там, где ослабевает симметрия, возрастает асимметрия, и наоборот. На разных уровнях развития материи ей свойственна то симметрия, то асимметрия. Однако эти две тенденции едины, а их борьба носит абсолютный характер. Эти категории тесно связаны с понятиями устойчивости и неустойчивости систем, порядка и беспорядка, организации и дезорганизации, отражающими свойства систем и динамику развития, а также взаимосвязь между динамическими и статическими законами.

Полагая, что равновесие есть состояние покоя и симметрии, а асимметрия приводит к движению и неравновесному состоянию, можно  считать, что понятие равновесия играет в биологии не менее важную роль, чем в физике. Принцип устойчивости термодинамического равновесия живых систем характеризует специфику биологической формы движения материи. Именно устойчивое динамическое равновесие (асимметрия) является ключевым принципом постановки и решения проблемы происхождения жизни.

Глава 2. Симметрии  законов двух миров. Основные отличия  духовно-нематериального мира от мира материального.

«Человеку не дано объединить то,

что разделил господь»

(В.Паули)

Итак, мы полагаем, что  духовный мир реально существует и является независимым от каких-либо сверхъестественных сил, и он так же познаваем, как и мир материальный. При этом, если верно предположение о глубоком единстве материального и духовного миров, то между законами материального мира и мира духовного должны существовать определенные симметрии и аналогии, а также должны существовать наиболее общие законы и зависимости, которым подчиняются все явления двух миров, двух сторон Вселенной.

Одним из таких глобальных законов  должно быть, прежде всего, наличие  глубокой связи микро- и мегакосмоса, которая непосредственно вытекает из единства двух миров. Поэтому свойства духовного мира на разных уровнях строения Вселенной должны быть взаимосвязаны; в том числе, некоторые свойства духовного микромира должны быть аналогичны свойствам духовного макромира. А учитывая единство двух миров, можно сделать вывод, что в таком случае должно существовать определенное сходство влияния духовного мира на материальный на микро и макроуровнях, и в этом влиянии должны проявляться свойства духовного мира.

Данное соображение позволяет  нам перейти к анализу сущности и содержания духовно-нематериального  мира не только с помощью метода обобщения существующих экспериментальных  данных о духовно-нематериальных объектах и явлениях. Исследование духовно-нематериального мира может быть значительно расширено: знания основных закономерностей материального мира позволяют нам получить ряд предварительных соображений о свойствах мира духовно-нематериального. И тогда анализ экспериментальных данных не будет ограничиваться лишь их обобщением, систематизацией и анализом: эти данные сразу можно использовать для проверки получаемых предварительных выводов о свойствах духовно-нематериального мира.

Использование такого подхода существенно  облегчает поставленную задачу благодаря еще двум факторам. Во-первых, предварительная «наметка» свойств духовно-нематериального мира в значительной степени упрощает систематизацию и анализ экспериментального материала. И во-вторых, (и это, пожалуй, даже более важно), данный подход позволяет более четко определить сферу поиска необходимых фактов, поскольку с его помощью можно выдвинуть ряд предположений о тех областях нашей окружающей действительности, где может сильнее проявляться влияние духовно-нематериального мира (а следовательно, будет проще и анализировать его свойства).

Немного конкретизируем последнее  соображение… Анализ материальных видов  взаимодействия выявляет следующее  их общее свойство: влияние какого-либо вида воздействия (гравитационного, электромагнитного, сильного, слабого) на происходящие процессы наиболее заметно проявляется в двух случаях - в области микромира (в предельном варианте, на супермалых расстояниях влияние всех видов взаимодействия сопоставимо друг с другом) и в области макромира, где наблюдается определенная концентрация «носителей» этого взаимодействия (скажем, электромагнитное влияние - при наличии источников электромагнитного поля, гравитационное - в местах скопления крупных масс и т.п.).

Тогда, в силу единства духовно-нематериального  мира и мира материального, а также в силу их взаимодействия, проявления влияния духовно-нематериального мира на материальный должны быть наиболее ощутимы также в двух областях: в области микромира и в той области макромира, где материальный мир сталкивается с наличием концентрации «носителей» духовно-нематериальных видов взаимодействия, неких «духовных зарядов». Но где же место такой концентрации «носителей духовного заряда»?.. Здесь мы можем опереться на выводы предыдущих исследований: наиболее сильное проявление духа в нашем мире отмечается в сфере живой природы, достигая максимума в деятельности человека.

Но единство природы двух миров  в качестве своего следствия имеет  и единство свойств духовно-нематериального  мира на разных его уровнях. То есть, анализируя влияние духовного мира на материальный в микромире и на макроуровне, можно выделить (через проявляемое сходство во влиянии на разных уровнях Вселенной) вполне определенные свойства духовного мира. И таким образом задача на данном этапе сводится к поиску сходства явлений микромира и явлений в мире живого; сходства, которое не находит объяснения через сугубо материальные причины.

Такое сходство действительно обнаруживается: как известно, явления макромира, связанные с живой природой (особенно с человеком) носят ярко выраженный вероятностный характер, также как и ряд явлений на микроуровне. И, вследствие этого, то или иное событие в будущем не может быть спрогнозировано однозначно: всегда существует вероятность другого исхода. При этом можно заметить, что явления макроуровня (в том числе поведение животных, человека, социальных групп и обществ) не являются полностью хаотическими и непредсказуемыми, а подчиняются определенным законам. Только законы эти (как и в микромире!) являютсявероятностными законами.

Вероятностные законы отличаются от законов, применяющихся, например, в классической физике, законов детерминистических, однозначно определяющих поведение систем и объектов, тем, что не задают жестко дальнейшее развитие событий даже в том случае, когда известны абсолютно все параметры рассматриваемой системы или объекта. Скажем, на микроуровне в таком явлении как рассеяние электронов на атомных ядрах нельзя однозначно определить угол отклонения электрона после столкновения с атомным ядром: отклонение может произойти в любую сторону, и ни одно из возможных направлений движения не является для электрона запретным после рассеяния. Также нельзя абсолютно достоверно предсказать поведение человека в какой-либо ситуации: в условиях, казалось бы, полностью идентичных, он ведет себя по-разному в зависимости от настроения, собственной оценки ситуации (которая может быть различной в разные моменты даже при одних и тех же условиях), выбираемого им в качестве желаемого результата, в зависимости от того с какой ноги он сегодня встал, какая муха его укусила незадолго (а может и задолго) до этого и т.д. и т.п. И в том, и в другом примере имеющиеся реально закономерности в поведении электрона и человека не детерминируют (т.е. не определяют однозначно и строго) дальнейшее развитие событий.

Причина такой непредсказуемости хода событий кроется, во-первых, в том, что явления и объекты макромира, связанные с живой природой, как и явления и объекты микромира, сами по себе не являются строго детерминированными (т.е. изначально представляют «размытые сущности», «размытые истины»).