поиск по сайту

Понятие, виды и значение симметрии в естествознании



На обыденном уровне симметрия понимается как правильное, взаимно соответствующее расположение частей объекта, которое образует пропорциональную, сбалансированную форму В неживой и живой природе можно встретить разные проявления симметрии. Симметричны, например, снежинки и кристаллики соли, листья растений и морские звезды. Человек тоже многим своим творениям старается придать симметричную форму. Симметричны многие архитектурные сооружения и композиции картин, стихотворные строфы и музыкальные тона.

Научное понимание симметрии более строго. Симметрия (от греч. symmetria — соразмерность) — это однородность, пропорциональность и инвариантность структуры объектов и их свойств относительно соответствующих преобразований. Различают следующие виды симметрии: геометрические, динамические и калибровочные.

Геометрическая симметрия — это неизменность геометрических фигур относительно тех или иных преобразований. Квадрат, например, симметричнее, чем прямоугольник, так как он переходит сам в себя при повороте его на 90, 180, 270 и 360 градусов, а прямоугольник — только при повороте на 180 и 360 градусов. Окружность остается симметричной при повороте ее на любую величину угла. Таким образом, чем больше преобразований оставляют геометрическую фигуру неизменной, тем более она симметрична.

Динамическая симметрия — это инвариантность того или иного процесса относительно изменения условий его протекания. Например, планеты вращаются вокруг Солнца по эллиптическим орбитам. Траектория и скорость движения планет зависят от их массы, массы Солнца и расстояния между ними, т. е. зависят от силы тяготения. Представим себе, что в какой-то момент в результате действия внешней силы направление движения всех планет .сменится на противоположное. Если это произойдет, то они все так же будут двигаться по своим орбитам, только в обратном направлении. Поэтому можно сказать, что траектория и скорость движения планет инвариантны относительно направления движения.

Калибровочная симметрия — это независимость величин относительно изменения начала отсчета или масштаба измерения. Например, считается, что для того, чтобы поднять груз с первого этажа на пятый, надо затратить столько же энергии, сколько потребуется для его подъема с пятого этажа на десятый. Величина затрачиваемой энергии зависит только от разницы высот, но не зависит от абсолютной высоты — поверхности, на которой находится дом. Другой пример калибровочной симметрии — определение температуры при помощи разных шкал. Определяя какую-либо величину, можно изменить и масштаб измерения. Например, считать высоту в метрах либо футах или определять цену товара в денежных единицах того или другого государства.

Изучение симметрии природных объектов имеет большое значение для естествознания, так как это один из способов сведения многообразия окружающего мира к ограниченному набору закономерностей. Например, если установлено, что любые два атома некоторого вещества совершенно неотличимы друг от друга, то, следовательно, нет необходимости отдельно изучать каждый в отдельности: можно ограничиться изучением какого-то одного. Кроме этого, симметрия внешних свойств объектов может отражать симметрию их внутренней структуры. Так, только по внешней форме кристалла можно судить о характере его атомной структуры. Наконец, анализ и учет симметрии в природе имеет определенное эвристическое, и даже мировоззренческое значение. Например, знаменитое уравнение А. Эйнштейна Е = тс2 постулирует взаимное превращение массы и энергии, т. е. их определенную симметричность. Но самым важным является то, что между симметрией и законами сохранения существует тесная связь.




Если Вас заинтересовали описанные в статье товары или услуги, Вы можете:
Позвонить:
Поделиться
Еще из раздела естествознание
Концепции возникновения жизни Концепция ноосферы и понятие единой культуры Корпускулярная и континуальная концепции описания природы Космические и биологические циклы





© 2006-2016 ИП Антонович А.С.
+375-29-5017588
+375-29-1438110