2.3. Симметрия и асимметрия

Симметрия – это внутреннее универсальное свойство материи, пространства, времени и Вселенной в целом.

В геометрии симметрия сводится к тому, что фигуру называют симметричной, если ее точки попарно лежат на прямых, проходящих через центр симметрии по разные стороны от него и на равных расстояниях. Например: шар, куб, сферическая электронная оболочка атомов, кристаллы, здания, сооружения, снежинки и т.д.

В физике, согласно теореме СРТ, симметрия заключается в том, что все процессы в природе и законы, которые их описывают, не меняются (симметричны) при одновременном проведении трех преобразований: перехода от частиц к античастицам (зарядовое сопряжение С); зеркальном отражении (пространственная инверсия Р) и замещении времени Т на –Т (обращение времени Т).

В широком смысле симметрия – это неизменность (инвариантность) структуры и свойств материальных объектов при каких-либо пространственно-временных преобразованиях. Это свойство симметрии связано с однородностью и изотропностью пространства и однородностью времени. Например, симметрия (неизменность) физических законов относительно сдвигов в пространстве означает эквивалентность всех точек пространства, то есть его однородность. Симметрия (неизменность) физических законов при повороте системы как целого в пространстве означает эквивалентность всех направлений в пространстве, то есть его изотропность. Неизменность физических законов со временем, при изменении начала отсчета времени, означает эквивалентность всех моментов времени, т.е. его однородность.

Однородность и изотропность пространства как проявление симметрии присуща Вселенной в целом. Несмотря на локальные, внутренние неоднородности звездных скоплений, Вселенная обладает крупномасштабной однородностью и изотропностью. Это подтверждается изотропностью реликтового излучения и данными по распределению плотности звездного вещества в больших масштабах и является концептуальной основой современной космологии.

Симметрия свойственна строению живых организмов, форме цветов и листьев растений, творениям рук человеческих: машинам, художественным и музыкальным произведениям и т.д. Нарушение симметрии воспринимается нашими органами чувств, как дисгармония.

Асимметрия – также является фундаментальным и универсальным свойством материального мира. Асимметрия – это отсутствие или нарушение симметрии. Проявлением асимметрии является: положительные и отрицательные заряды; частицы и античастицы; силы притяжения и отталкивания заряженных частиц; барионная асимметрия Вселенной (античастицы составляют всего лишь от числа частиц); добро и зло; правое и левое; гравитация и,… и далее вопрос, а антигравитация, столь часто используемая фантастами в своих произведениях? По данным ученых японского университета они «находятся на пороге открытия антигравитации». Асимметрия характерна для времени. Время анизотропно, оно течет только в одном направлении – пути в прошлое нет.

Фундаментальность свойств симметрии в природе приводит к существованию законов сохранения. В 1918 году Э. Нетер математически доказала в своей знаменитой теореме, что если свойства системы не меняются при преобразованиях каких-либо переменных, то этому соответствует сохранение численных значений определенных физических величин, из чего следуют законы сохранения массы, энергии, импульса, момента импульса, электрического и барионного зарядов и т.д. В свое время М. В. Ломоносов дал краткую формулировку законов сохранения: «если где-то чего-то убавится, то в другом месте столько же присовокупится». Законы сохранения – это фундаментальные универсальные законы. Они справедливы как в квантовой, так и в классической и релятивистской механике. Ни одно взаимодействие в природе не может осуществиться, если оно нарушает хотя бы один из законов сохранения.