Принцип симметрии и законы сохранения

В повседневном языке слово симметрия употребляется в двух значениях. В одном смысле симметричное означает нечто, обладающее хорошим соотношением пропорций, уравновешенное, а симметрия обозначает тот вид согласованности отдельных частей, который объединяет их в единое целое. Красота тесно связана с симметрией. Об этом говорит, например, в своей книге о пропорциях Поликлет - ваятель, скульптуры которого служили предметом восхищения древних за их гармоничное совершенство. Образ весов является естественным связующим звеном, которое подводит ко второму смыслу слова симметрия, употребляемому в наше время: зеркальная симметрия - симметрия левого и правого, столь заметная в строении тел у высших животных и человека. Зеркальная симметрия выступает как частный случай геометрического понятия симметрии, относящегося к таким операциям, как отражение или вращение. Пифагорейцы считали наиболее совершенными геометрическими фигурами на плоскости - окружность, а в пространстве - сферу в силу их полной поворотной симметрии. Симметрия в широком или узком смысле является той идеей, посредством которой человек на протяжении веков пытается постичь и создать порядок, красоту и совершенство. Так свойства пространства и времени ведут к симметрии, к закономерности в природе как проявлению ее гармонии.

Взаимодействие - способ, которым в природе поддерживаются различные симметрии. Например, классифицировать элементарные частицы можно используя понятие симметрии. Таким образом, понятие симметрии и ее нарушений оказалось удобным способом описания сложных явлений. Современная физика именно так описывает явления микромира, добиваясь принципиально новых результатов. Однако, взаимоотношения подобного плана известны давно. Симметрия непонятным образом связана с так называемым "золотым сечением" или "божественным сечением": это неравное отношение двух частей отрезка, каждый из которых может быть приближенно отображен числами 1,618 и 0,618. Этому отношению удовлетворяет, например, отношение отрезков в пятиконечной звезде, которая обладает поворотной симметрией пятого порядка. Соотношения эти описывают универсальный закон гармонии и отражают в нашем сознании красоту. Примеры: расстояния планет от Солнца, морфометрические пропорции человеческого тела. Цветы, нежнейшие создания природы, обладают не только привлекательной окраской, но и поворотной симметрией. В архитектуре преобладает симметрия четвертого порядка. Поворотная симметрия пятого порядка наиболее часто встречается в органическом мире. Наиболее известными образцами кристаллов с симметрией шестого порядка являются снежинки. Леонардо да Винчи систематически занимался вопросом об определении возможных видов симметрии для центрального здания, а также, каким образом следует производить пристройку к ним часовен и ниш, не нарушая симметрии архитектурного ансамбля.

Не менее важны нарушения симметрии: это проявляется небольшими различиями правого и левого для человеческого тела (правой и левой рук, правого и левого полушарий мозга). Наиболее ярким проявлением асимметрии является отличие живого вещества от неживого. Особенность живого вещества или продуктов его жизнедеятельности проявляется в оптической активности. Это означает, что его молекулы обладают общей асимметрией, определяющей способность живого вещества к поляризации света, который через него проходит. Ряд растворов, имеющих биологическое происхождение веществ (сахар, никотин), обладают способностью поворачивать плоскость поляризации света. Искусственно синтезированный сахар не обладает такой способностью. Характерно, что живые организмы способны усваивать лишь половину искусственно созданного сахара, а оставшаяся часть обладает свойством вращать плоскость поляризации в противоположном направлении. В химическом отношении правые и левые изомеры, как следовало ожидать из симметрии физических законов относительно инверсии, абсолютно эквивалентны. Они неразличимы по своим физико-химическим свойствам. Чтобы их отличить, необходим специальный инструмент, некоторый фильтр, распознающий особенности их симметрии. Таким фильтром служит живое вещество, которое всегда построено из однотипных (как правило, левых) оптических мономеров. Аминокислоты и органические вещества, прошедшие сквозь организм, обработанные им или образовавшиеся в результате его распада, всегда обладают такой уникальной способностью. Этот факт был открыт Л. Пастером и П. Кюри и имеет огромное значение для понимания особенностей мирового эволюционного процесса вообще и возникновения жизни в особенности, ее роли в трансформации материи и изменении ее свойств. Ответа на вопрос - почему же все живое характеризуется такой асимметрией – пока нет. Детально этот вопрос рассмотрел В. А. Кизель (1986) в работе "Физические причины диссимметрии живых систем". Считается, что возникновение асимметрии связано со случайностью и способностью к самокопированию биологических объектов: после возникновения первой асимметричной молекулы все последующие стали ее повторять, создавая глобальную асимметрию живого вещества. Благодаря этому феномену есть возможность отличить вещество биогенного происхождения от вещества неживого. сновными принципами современной физики являются принцип симметрии и связанные с ним законы сохранения.