Принципы симметрии в научной картине мира
Одним из важных открытий современного естествознания
является тот факт, что все многообразие окружающего нас физического мира связано
с тем или иным нарушением определенных видов симметрий. Чтобы это утверждение
стало более понятным, рассмотрим подробнее понятие симметрии.
«Симметричное обозначает нечто, обладающее хорошим соотношением
пропорций, а симметрия – тот вид согласованности отдельных частей, который
объединяет их в целое. Красота тесно связана с симметрией», - писал Г. Вейль в
своей книге «Этюды о симметрии». Он ссылается при этом не только на
пространственные соотношения, т.е. геометрическую симметрию. Разновидностью симметрии
он считает гармонию в музыке, указывающую на акустические приложения симметрии.
Зеркальная симметрия в геометрии относится к операциям
отражения или вращения. Она достаточно широко встречается в природе. Наибольшей
симметрией в природе обладают кристаллы (например, симметрия снежинок, природных кристаллов),
однако не у всех из них наблюдается зеркальная симметрия. Известны так называемые
оптически активные кристаллы, которые
поворачивают плоскость поляризации падающего на них света. [2].
В общем случае симметрия выражает степень упорядоченности
какой-либо системы или объекта. Например, круг более упорядочен и, следовательно,
симметричен, чем квадрат. В свою очередь, квадрат более симметричен, чем
прямоугольник. Другими словами, симметрия – это неизменность
(инвариантность) каких-либо свойств и характеристик объекта по отношению к
каким-либо преобразованиям (операциям) над ним. Например, окружность
симметрична относительно любой прямой (оси симметрии), лежащей в ее плоскости и
проходящей через центр, она симметрична и относительно центра. Операциями симметрии в данном случае
будут зеркальное отражение относительно оси и вращение относительно центра
окружности.
В широком смысле симметрия – это понятие, отображающее существующий
в объективной действительности порядок, определенное равновесное состояние,
относительную устойчивость, пропорциональность и соразмерность между частями
целого.
Противоположным понятием является понятие асимметрии,
которое отражает существующее в объективном мире нарушение порядка, равновесия,
относительной устойчивости, пропорциональности и соразмерности между отдельными
частями целого, связанное с изменением, развитием и организационной перестройкой.
Уже отсюда следует, что асимметрия может рассматриваться как источник развития,
эволюции, образования нового.
Симметрия может быть не только геометрической. Различают
геометрическую и динамическую формы симметрии (и, соответственно, асимметрии).
К геометрической
форме симметрии (внешние симметрии) относятся свойства пространства
– времени, такие как однородность пространства и времени, изотропность
пространства, эквивалентность инерциальных систем отсчета и т.д.
К динамической форме относятся симметрии, выражающие свойства физических взаимодействий, например, симметрии электрического
заряда, симметрии спина и т.п. (внутренние симметрии). Современная физика, однако,
раскрывает возможность сведения всех симметрий к геометрическим симметриям.
Формы симметрии являются одновременно и формами асимметрии.
Так геометрические асимметрии выражают неоднородность пространства – времени,
анизотропность пространства и т.д. Динамические асимметрии проявляются в
различиях между протонами и нейтронами в электромагнитных взаимодействиях,
различие между частицами и античастицами (по электрическому, барионному
зарядам) и т.д. [3].