8.2. Симметрия—асимметрия

Проблемы симметрии—асимметрии оказываются тесно свя­занными между собой глубже, чем это кажется, исходя из бинар­ной структуры этих понятий (да — нет). Примером может слу­жить состояние человека во вращающейся центрифуге. Сущест­вует симметрия вращения (поворота), но относительность покоя и вращательного движения нарушается и человек в такой цент­рифуге по своему состоянию (вестибулярные ощущения) может отличить, что его вращающаяся закрытая (герметизированная) камера на центрифуге вращается. Таким образом, возникает си­туация, при которой физические законы не инвариантны отно­сительно вращения, т.е. налицо асимметрия.

Асимметрия относительно масштабных преобразований при изменении величин физических систем связана с тем, что поря­док размеров атомов имеет одинаковое для всей нашей Вселен­ной значение (~Ю^-10м). Если уменьшить масштабы размеров, например, изделий микроэлектроники, в том числе и пленоч­ных, то характер поведения электронов в них изменится (воз­никнут размерные эффекты), т.е. опять-таки может появиться асимметричность процессов при таких размерах. Другой пример несимметрии относительно масштабов можно привести из био­логии: несмотря на похожесть окраски, нельзя, например, рас­кормить осу до размеров тигра, так как при массе 10—100 кг она потеряет способность летать — возникнет другое качество.

Рассмотрим другие виды симметрии. Упомянутые выше про­странственно-временные виды симметрии условно объединяет одно общее свойство: они являются как бы «внешними» симмет- риями, так как отражают глубокие свойства структуры простран­ства—времени, представляющие собой форму существования любого вида материи, и поэтому справедливые для любых мыс­лимых взаимодействий и физических процессов. Весь физиче­ский опыт познания мира показывает отсутствие нарушений ин­вариантности законов природы относительно указанных про­странственно-временных преобразований. В этом уже не только ; физический, но и философский смысл познания и установления объективности законов природы.

Однако во «внешних» симметриях не затрагивается «внутрен­ний мир» физического объекта, который никак не связан с внешними свойствами. В природе кроме рассмотренных законов сохранения энергии, импульса и момента импульса существуют и другие законы сохранения, которые выполняются с той или иной степенью общности, в частности закон сохранения элект­рического заряда. В физике фундаментальных частиц имеются и другие сохраняющиеся (или по крайней мере введенные так) ве­личины, подобные электрическому заряду — барионное число, четность, изоспин, ароматы (странность, очарование, красота и др.). Они, по сути, квантовые числа, связаны фазовыми преоб­разованиями волновой функции у и не зависят от свойства про­странства—времени. Симметрия играет важную роль в исследо­вании физики микромира. Наш физик-теоретик А. Мигдал счи­тал, что главными направлениями физики XX в. были поиски симметрии и единства картины мира.

Сохранение подобных величин, непосредственно не связан­ных со свойствами пространства—времени, относится к поня­тию «внутренней» симметрии.