Кафедра товарознавства та експертизи товарів
РЕФЕРАТ
з дисципліни «Концепції сучасного природознавства»
на тему: «Принципи симетрії»
Зміст
1. Поняття симетрії
2. Калібрувальні симетрії
3.Сімметрія простору - часу і закони збереження
4.Сімметрія і асиметрія живого
5.Нарушеніе симетрії як джерело самоорганізації
6. Асиметрія і життя
Список використаної літератури
1. Поняття симетрії
Одним з важливих відкриттів сучасного природознавства є той факт, що все різноманіття навколишнього нас фізичного світу пов'язане з тим чи іншим порушенням певних видів симетрій. Щоб це твердження стало більш зрозумілим, розглянемо докладніше поняття симетрії. «Симетричне позначає щось, що володіє хорошим співвідношенням пропорцій, а симетрія - той вид узгодженості окремих частин, який об'єднує їх у ціле. Краса тісно пов'язана з симетрією », - писав Г. Вейль у своїй книзі« Етюди про симетрії ». [1] Він посилається при цьому не тільки на просторові співвідношення, тобто геометричну симетрію. Різновидом симетрії він вважає гармонію в музиці, що вказує на акустичні програми симетрії.
Дзеркальна симетрія в геометрії відноситься до операцій відбиття або обертання. Вона досить широко зустрічається в природі. Найбільшою симетрією в природі мають кристали (наприклад, симетрія сніжинок, природних кристалів), проте не у всіх з них спостерігається дзеркальна симетрія. Відомі так звані оптично активні кристали, які повертають площину поляризації падаючого на них світла. У загальному випадку симетрія виражає ступінь упорядкованості будь-якої системи або об'єкта. Наприклад, коло більш впорядкований і, отже, симетричний, ніж квадрат. У свою чергу, квадрат більш симетричний, ніж прямокутник. Іншими словами, симетрія - це незмінність (інваріантність) будь-яких властивостей і характеристик об'єкта по відношенню до будь-яких перетворень (операціям) над ним. Наприклад, окружність симетрична щодо будь-якої прямої (осі симетрії), що лежить в її площині і проходить через центр, вона симетрична і щодо центру. Операціями симетрії в даному випадку будуть дзеркальне відображення щодо осі і обертання щодо центру кола.
У широкому сенсі симетрія - це поняття, яке відображає існуючий в об'єктивній дійсності порядок, певне рівноважний стан, відносну стійкість, пропорційність і відповідність між частинами цілого. Протилежним поняттям є поняття асиметрії, яке відображає існуюче в об'єктивному світі порушення порядку, рівноваги, відносній стійкості, пропорційності і пропорційності між окремими частинами цілого, пов'язане зі зміною, розвитком та організаційної перебудовою. Вже звідси випливає, що асиметрія може розглядатися як джерело розвитку, еволюції, освіти нового. Симетрія може бути не тільки геометричній. Розрізняють геометричну та динамічну форми симетрії (і, відповідно, асиметрії). До геометричній формі симетрії (зовнішні симетрії) відносяться властивості простору - часу, такі як однорідність простору і часу, ізотропних простору, еквівалентність інерціальних систем відліку і т.д.
До динамічної формі належать симетрії, що виражають властивості фізичних взаємодій, наприклад, симетрії електричного заряду, симетрії спина і т.п. (Внутрішні симетрії). Сучасна фізика, однак, розкриває можливість зведення всіх симетрій до геометричних симетрій.
2. Калібрувальні симетрії
Важливим поняттям в сучасній фізиці є поняття калібрувальної симетрії. Калібрувальні симетрії пов'язані з інваріантністю щодо масштабних перетворень. Сам термін «калібрування» походить з жаргону залізничників, де він означає перехід з вузької колії на широку. Під калібруванням, таким чином, спочатку розумілося саме зміна рівня або масштабу. Так в СТО фізичні закони не змінюються щодо перенесення (зсуву) системи координат. Траєкторії руху залишаються прямолінійними, просторовий зсув залишається однаковим у всіх точок простору. Таким чином, тут працюють глобальні калібрувальні перетворення.
Форми симетрії є одночасно і формами асиметрії. Так геометричні асиметрії висловлюють неоднорідність простору - часу, анизотропность простору і т.д. Динамічні асиметрії проявляються у відмінностях між протонами і нейтронами в електромагнітних взаємодіях, відмінність між частинками і античастинками (по електричному, баріонів заряд) і т.д. [3].
3. Симетрія простору - часу і закони збереження
Однією з найважливіших особливостей геометричних симетрій є їх зв'язок з законами збереження. Значення законів збереження (закони збереження імпульсу, енергії, заряду та ін) для науки важко переоцінити. Справа в тому, що поняття симетрії можна застосувати до будь-якого об'єкта, у тому числі і до фізичного закону.
Згадаймо, що згідно з принципом відносності Ейнштейна, всі фізичні закони мають однаковий вигляд у будь-яких інерціальних системах відліку. Це означає, що вони симетричні (інваріантні) щодо переходу від однієї інерціальної системи до іншої.
Теорема Нетер. Найбільш загальний підхід до взаємозв'язку симетрій і законів збереження міститься в знаменитій теоремі Е. Нетер. У 1918 р., працюючи у складі групи з проблем теорії відносності, довела теорему, спрощена формулювання якої говорить: якщо властивості системи не змінюються щодо будь-які перетворення змінних, то цьому відповідає деякий закон збереження.
Розглянемо переходи від однієї інерціальної системи до іншої. Оскільки є різні способи таких переходів, то, отже, є різні види симетрії, кожному з яких, згідно теоремі Нетер, повинен відповідати закон збереження.
Перехід від однієї інерціальної системи (ІСО) до іншої можна здійснювати наступними перетвореннями:
1. Зрушення початку координат. Це пов'язано з фізичної еквівалентністю усіх точок простору, тобто з його однорідністю. У цьому випадку говорять про симетрії щодо переносів у просторі.
2. Поворот трійки осей координат. Ця можливість обумовлена подібністю властивостей простору в усіх напрямках, тобто ізотропних простору і відповідає симетрії щодо поворотів.
3. Зрушення початку відліку за часом, відповідний симетрії щодо перенесення за часом. Цей вид симетрії пов'язаний з фізичною еквівалентністю різних моментів часу і однорідністю часу, тобто його рівномірним перебігом у всіх інерціальних системах-відліку. Сенс еквівалентності різних моментів часу полягає в тому, що всі фізичні явища протікають незалежно від часу їх початку (за інших рівних умов).
4. Рівномірний прямолінійний рух початку відліку зі швидкістю V, тобто перехід від спочиває системи до системи, що рухається рівномірно і прямолінійно.
Це можливо, тому що такі системи еквівалентні. Таку симетрію умовно називають ізотропних простору-часу. Перехід же здійснюється за допомогою перетворень Галілея або перетворень Лоренца. (Важливо зазначити, що фізичні закони не є симетричними щодо обертових систем відліку. Обертання замкнутої системи відліку можна виявити за дією відцентрових сил, зміни площині хитання маятника і ін Крім того, фізичні закони не є симетричними і щодо масштабних перетворень систем - т.з. . перетворень подібності. Тому закони макросвіту не можна автоматично переносити на мікросвіт і мегасвіт.)
Описані вище 4 види симетрії є універсальними. Це означає, що всі закони природи щодо них інваріантні з великим ступенем точності, а відповідні їм закони є фундаментальними. До цих законів відносяться відповідно:
1. Закон збереження імпульсу як наслідок однорідності простору.
2. Закон збереження моменту імпульсу як наслідок ізотропності простору.
3. Закон збереження енергії як наслідок однорідності часу.
4. Закон збереження швидкості центру мас (наслідок ізотропності
простору-часу).
Як вже було сказано раніше, описані види симетрій відносяться до геометричних. Зв'язок з законами збереження виявляють і динамічні симетрії. З динамічними симетріями пов'язаний закон збереження електричного заряду (при перетворенні елементарних частинок сума електричних зарядів частинок залишається незмінною), закон збереження лептонного заряду (при перетворенні елементарних частинок сума різниця числа пептонов і антілептонов не змінюється) і т.д.
Так закон збереження електричного заряду випливає з електромагнітної калібрувальної симетрії. Її суть полягає в тому, що при масштабних перетвореннях силові характеристики електромагнітного поля (напруженість електричного поля і індукція магнітного поля B залишаються незмінними. З цього закону випливає, зокрема, стійкість електрона - найдрібнішої фундаментальної зарядженої частинки, здатної існувати у вільному стані.
При розгляді дії тих чи інших фундаментальних законів не слід забувати, що кожному виду симетрії відповідає своя асиметрія.
Асиметричні умови виключають наявність різкої межі між законами та умовами їх дії. Тому зміст законів завжди має включати певні моменти асиметричних умов.
4. Симетрія і асиметрія живого
Дрібні організми, зважені у воді, мають майже кулясту форму. У організмів, що живуть у морських глибинах і схильних до високого тиску води, вже інша симетрія: у них обертальна здатність звелася до окремих поворотів навколо деякої осі. Філогенетична еволюція прагнула викликати спадкове відмінність між правим і лівим, проте її дію стримувалося тими перевагами, який тварина извлекало із дзеркально-симетричного розташування своїх органів. Цим, мабуть, можна пояснити, чому наші кінцівки більш підпорядковуються симетрії, ніж наші внутрішні органи. Так, розташування серця і закручування кишечника людини майже завжди лівосторонній.
Сучасне природознавство прийшло ще до одного важливого відкриття, пов'язаному з симетрією і що стосується відмінності живого від неживого. Справа в тому, що «живі» молекули, тобто молекули органічних речовин, що складають живі організми та отримані в ході життєдіяльності, відрізняються від «неживих», тобто отриманих штучно, відрізняються дзеркальною симетрією. Неживі молекули можуть бути як дзеркально симетричні, так і дзеркально асиметричні, як, наприклад, ліва і права рукавичка. Це властивості дзеркальної асиметрії молекул називається кірально, або хіральність. Неживі кіральних морекули зустрічаються в природі як у «лівому» так і в «правом» варіанті, тобто вони кірально нечисті. «Живі» молекули можуть бути тільки однієї орієнтації - «лівою» або «правою», тобто тут кажуть про киральной чистоті живого. Наприклад, молекула ДНК, як відомо, має вигляд спіралі, і ця спіраль завжди права. У глюкози, що утворюється в організмі - правообертальні форма, у фруктози - лівообертаюча.
Отже, найважливіша здатність живих організмів - створювати кірально чисті молекули. За сучасними уявленнями саме кірально молекул визначає біохімічну кордон між живим і неживим.
5. Порушення симетрії як джерело самоорганізації
Взаємозв'язок симетрії і асиметрії розглядається сучасною наукою в різних аспектах, що охоплюють саморозвиток матерії на всіх її структурних рівнях. Так сучасне синергетичне бачення еволюції Всесвіту засноване на ідеї про т.зв. спонтанному порушенні симетрії вихідного вакууму. Під вихідним вакуумом розуміють стан матерії до Великого Вибуху, коли вся матерія була представлена фізичним вакуумом. В даний час вважається, що справжній фізичний вакуум - це стан матерії з найменшою енергією. Ідея спонтанного порушення симетрії вихідного вакууму означає відхід від загальноприйнятого уявлення про вакуум як про стан, в якому значення енергії всіх фізичних полів дорівнює нулю. Тут визнається можливість існування станів з найменшою енергією при відмінній від нуля значення деяких фізичних полів і виникає уявлення про існування вакуумних конденсатів - станів з відмінним від нуля середнім значенням енергії. Спонтанне порушення симетрії означає, що за певних макроусловіях фундаментальні симетрії опиняються в стані нестійкості, а платою за сталий стан є асиметричність вакууму. (Для такого вакууму введено термін «помилковий вакуум»).
В якості одного з найбільш вірогідних сценаріїв еволюції Всесвіту, розглянутий нами раніше, включає інфляційну стадію (роздування) від «помилкового вакууму» - вакууму, що володіє величезною енергією. Такий вакуум має прагнення до гравітаційного відштовхування, що забезпечує його розширення.
«Помилковий» вакуум являє собою симетричне, але енергетично невигідне, а отже, нестабільний стан. У світлі інфляційної теорії еволюція Всесвіту постає як синергетичний самоорганізується процес. Якщо вважати Всесвіт замкненою системою, то процеси самоорганізації можуть бути розглянуті як взаємодія двох відкритих підсистем - фізичного вакууму і всіляких мікрочастинок і квантів полів. Відповідно до цієї теорії в процесі розширення з «суперсиметричній» стану Всесвіт розігрівся до температури, відповідної Великому Вибуху. Подальше її розвиток у міру падіння температури пролягало через критичні точки біфуркації (розгалуження), в яких відбувалися спонтанні порушення симетрій вихідного вакууму. Схематично цей процес подається в наступному, спрощеному вигляді:
1-а біфуркація: порушення симетрії (тотожності) між бозонами і ферміонами призвело до поділу матерії на речовину і поле;
2-а біфуркація: порушення тотожності між кварками і лептона; симетрія Всесвіту порушується до симетрії, що відповідає сильним взаємодіям і симетрії, відповідає електрослабких взаємодій; порушується також симетрія між речовиною і антиречовиною: частинок речовини народжується більше, і вся наша Всесвіт виявляється побудованої з речовини;
Третій біфуркація: спонтанне порушення симетрії електрослабкої взаємодії, що виявляється нами у вигляді відмінності між електромагнітним і слабкою взаємодією.
4-а біфуркація: виникають протони і нейтрони.
Подальша еволюція Всесвіту приводить до виникнення водню, гелію, іонізованого газу, зірок, галактик і т.д.
Спонтанне порушення симетрії вакууму виражається в тому, що він віддає енергію на народження мікрооб'єктів, на придбання їх мас і зарядів, внаслідок чого щільність енергії вакууму зменшується.
Важливим тут є і те, що хід цієї еволюції, вибір шляху розвитку в моменти біфуркацій виявився саме таким, що в результаті з'явилася саме така Всесвіт, яку ми спостерігаємо, тобто Всесвіт, в якій опинилася можливим життя нашого типу і поява самого спостерігача (т.зв. антропний принцип).
6. Асиметрія і життя
Асиметрія і життя. Відкриття киральной чистоти молекул біогенного походження проливає нове світло на виникнення життя на Землі, яке могло бути викликане спонтанним порушенням існуючої до того дзеркальної симетрії. Факторами виникнення асиметрії могли бути радіація, температура, тиск, вплив електромагнітних полів та інших Можливо, що життя на Землі зародилося у вигляді структур, схожих з генами сучасних організмів. Це міг бути акт самоорганізації матерії у вигляді стрибка, а не поступової еволюції. У зв'язку з цим говорять про Великий Біологічному Вибух.
Дослідження показують, що в ході розвитку життя асиметрія все більше і більше витісняє симетрію з біологічних і хімічних процесів. Зовні симетричні півкулі головного мозку різняться за своїми функціями. Явно асиметричним ознакою є поділ підлог - досить «пізніше придбання» еволюції, причому кожна підлога вносить у процес відтворення свою генетичну інформацію. Симетрія і асиметрія живого виявляються і в найважливіших фактори еволюції. Так в стійкості видів (спадковість) проявляється симетрія, а в їх мінливості - асиметрія.
Список використаної літератури
1. Грядовой Д.І. Концепції сучасного природознавства. Структурний курс основ природознавства. - М.: Учпедгиз, 1999.
2. Дубніщева Т.Я. Концепції сучасного природознавства. - К.: ЮКЕА, 1997.
3. Концепції сучасного природознавства. / Під ред. проф. С.А. Самигіна, 3-е вид. - Ростов н / Д: «Фенікс», 2002.
4. Найдиш В.М. Концепції сучасного природознавства .- М.: АЛЬФА-М, ИНФРА-М-2003
РЕФЕРАТ
з дисципліни «Концепції сучасного природознавства»
на тему: «Принципи симетрії»
Зміст
1. Поняття симетрії
2. Калібрувальні симетрії
3.Сімметрія простору - часу і закони збереження
4.Сімметрія і асиметрія живого
5.Нарушеніе симетрії як джерело самоорганізації
6. Асиметрія і життя
Список використаної літератури
1. Поняття симетрії
Одним з важливих відкриттів сучасного природознавства є той факт, що все різноманіття навколишнього нас фізичного світу пов'язане з тим чи іншим порушенням певних видів симетрій. Щоб це твердження стало більш зрозумілим, розглянемо докладніше поняття симетрії. «Симетричне позначає щось, що володіє хорошим співвідношенням пропорцій, а симетрія - той вид узгодженості окремих частин, який об'єднує їх у ціле. Краса тісно пов'язана з симетрією », - писав Г. Вейль у своїй книзі« Етюди про симетрії ». [1] Він посилається при цьому не тільки на просторові співвідношення, тобто геометричну симетрію. Різновидом симетрії він вважає гармонію в музиці, що вказує на акустичні програми симетрії.
Дзеркальна симетрія в геометрії відноситься до операцій відбиття або обертання. Вона досить широко зустрічається в природі. Найбільшою симетрією в природі мають кристали (наприклад, симетрія сніжинок, природних кристалів), проте не у всіх з них спостерігається дзеркальна симетрія. Відомі так звані оптично активні кристали, які повертають площину поляризації падаючого на них світла. У загальному випадку симетрія виражає ступінь упорядкованості будь-якої системи або об'єкта. Наприклад, коло більш впорядкований і, отже, симетричний, ніж квадрат. У свою чергу, квадрат більш симетричний, ніж прямокутник. Іншими словами, симетрія - це незмінність (інваріантність) будь-яких властивостей і характеристик об'єкта по відношенню до будь-яких перетворень (операціям) над ним. Наприклад, окружність симетрична щодо будь-якої прямої (осі симетрії), що лежить в її площині і проходить через центр, вона симетрична і щодо центру. Операціями симетрії в даному випадку будуть дзеркальне відображення щодо осі і обертання щодо центру кола.
У широкому сенсі симетрія - це поняття, яке відображає існуючий в об'єктивній дійсності порядок, певне рівноважний стан, відносну стійкість, пропорційність і відповідність між частинами цілого. Протилежним поняттям є поняття асиметрії, яке відображає існуюче в об'єктивному світі порушення порядку, рівноваги, відносній стійкості, пропорційності і пропорційності між окремими частинами цілого, пов'язане зі зміною, розвитком та організаційної перебудовою. Вже звідси випливає, що асиметрія може розглядатися як джерело розвитку, еволюції, освіти нового. Симетрія може бути не тільки геометричній. Розрізняють геометричну та динамічну форми симетрії (і, відповідно, асиметрії). До геометричній формі симетрії (зовнішні симетрії) відносяться властивості простору - часу, такі як однорідність простору і часу, ізотропних простору, еквівалентність інерціальних систем відліку і т.д.
До динамічної формі належать симетрії, що виражають властивості фізичних взаємодій, наприклад, симетрії електричного заряду, симетрії спина і т.п. (Внутрішні симетрії). Сучасна фізика, однак, розкриває можливість зведення всіх симетрій до геометричних симетрій.
2. Калібрувальні симетрії
Важливим поняттям в сучасній фізиці є поняття калібрувальної симетрії. Калібрувальні симетрії пов'язані з інваріантністю щодо масштабних перетворень. Сам термін «калібрування» походить з жаргону залізничників, де він означає перехід з вузької колії на широку. Під калібруванням, таким чином, спочатку розумілося саме зміна рівня або масштабу. Так в СТО фізичні закони не змінюються щодо перенесення (зсуву) системи координат. Траєкторії руху залишаються прямолінійними, просторовий зсув залишається однаковим у всіх точок простору. Таким чином, тут працюють глобальні калібрувальні перетворення.
Форми симетрії є одночасно і формами асиметрії. Так геометричні асиметрії висловлюють неоднорідність простору - часу, анизотропность простору і т.д. Динамічні асиметрії проявляються у відмінностях між протонами і нейтронами в електромагнітних взаємодіях, відмінність між частинками і античастинками (по електричному, баріонів заряд) і т.д. [3].
3. Симетрія простору - часу і закони збереження
Однією з найважливіших особливостей геометричних симетрій є їх зв'язок з законами збереження. Значення законів збереження (закони збереження імпульсу, енергії, заряду та ін) для науки важко переоцінити. Справа в тому, що поняття симетрії можна застосувати до будь-якого об'єкта, у тому числі і до фізичного закону.
Згадаймо, що згідно з принципом відносності Ейнштейна, всі фізичні закони мають однаковий вигляд у будь-яких інерціальних системах відліку. Це означає, що вони симетричні (інваріантні) щодо переходу від однієї інерціальної системи до іншої.
Теорема Нетер. Найбільш загальний підхід до взаємозв'язку симетрій і законів збереження міститься в знаменитій теоремі Е. Нетер. У 1918 р., працюючи у складі групи з проблем теорії відносності, довела теорему, спрощена формулювання якої говорить: якщо властивості системи не змінюються щодо будь-які перетворення змінних, то цьому відповідає деякий закон збереження.
Розглянемо переходи від однієї інерціальної системи до іншої. Оскільки є різні способи таких переходів, то, отже, є різні види симетрії, кожному з яких, згідно теоремі Нетер, повинен відповідати закон збереження.
Перехід від однієї інерціальної системи (ІСО) до іншої можна здійснювати наступними перетвореннями:
1. Зрушення початку координат. Це пов'язано з фізичної еквівалентністю усіх точок простору, тобто з його однорідністю. У цьому випадку говорять про симетрії щодо переносів у просторі.
2. Поворот трійки осей координат. Ця можливість обумовлена подібністю властивостей простору в усіх напрямках, тобто ізотропних простору і відповідає симетрії щодо поворотів.
3. Зрушення початку відліку за часом, відповідний симетрії щодо перенесення за часом. Цей вид симетрії пов'язаний з фізичною еквівалентністю різних моментів часу і однорідністю часу, тобто його рівномірним перебігом у всіх інерціальних системах-відліку. Сенс еквівалентності різних моментів часу полягає в тому, що всі фізичні явища протікають незалежно від часу їх початку (за інших рівних умов).
4. Рівномірний прямолінійний рух початку відліку зі швидкістю V, тобто перехід від спочиває системи до системи, що рухається рівномірно і прямолінійно.
Це можливо, тому що такі системи еквівалентні. Таку симетрію умовно називають ізотропних простору-часу. Перехід же здійснюється за допомогою перетворень Галілея або перетворень Лоренца. (Важливо зазначити, що фізичні закони не є симетричними щодо обертових систем відліку. Обертання замкнутої системи відліку можна виявити за дією відцентрових сил, зміни площині хитання маятника і ін Крім того, фізичні закони не є симетричними і щодо масштабних перетворень систем - т.з. . перетворень подібності. Тому закони макросвіту не можна автоматично переносити на мікросвіт і мегасвіт.)
Описані вище 4 види симетрії є універсальними. Це означає, що всі закони природи щодо них інваріантні з великим ступенем точності, а відповідні їм закони є фундаментальними. До цих законів відносяться відповідно:
1. Закон збереження імпульсу як наслідок однорідності простору.
2. Закон збереження моменту імпульсу як наслідок ізотропності простору.
3. Закон збереження енергії як наслідок однорідності часу.
4. Закон збереження швидкості центру мас (наслідок ізотропності
простору-часу).
Як вже було сказано раніше, описані види симетрій відносяться до геометричних. Зв'язок з законами збереження виявляють і динамічні симетрії. З динамічними симетріями пов'язаний закон збереження електричного заряду (при перетворенні елементарних частинок сума електричних зарядів частинок залишається незмінною), закон збереження лептонного заряду (при перетворенні елементарних частинок сума різниця числа пептонов і антілептонов не змінюється) і т.д.
Так закон збереження електричного заряду випливає з електромагнітної калібрувальної симетрії. Її суть полягає в тому, що при масштабних перетвореннях силові характеристики електромагнітного поля (напруженість електричного поля і індукція магнітного поля B залишаються незмінними. З цього закону випливає, зокрема, стійкість електрона - найдрібнішої фундаментальної зарядженої частинки, здатної існувати у вільному стані.
При розгляді дії тих чи інших фундаментальних законів не слід забувати, що кожному виду симетрії відповідає своя асиметрія.
Асиметричні умови виключають наявність різкої межі між законами та умовами їх дії. Тому зміст законів завжди має включати певні моменти асиметричних умов.
4. Симетрія і асиметрія живого
Дрібні організми, зважені у воді, мають майже кулясту форму. У організмів, що живуть у морських глибинах і схильних до високого тиску води, вже інша симетрія: у них обертальна здатність звелася до окремих поворотів навколо деякої осі. Філогенетична еволюція прагнула викликати спадкове відмінність між правим і лівим, проте її дію стримувалося тими перевагами, який тварина извлекало із дзеркально-симетричного розташування своїх органів. Цим, мабуть, можна пояснити, чому наші кінцівки більш підпорядковуються симетрії, ніж наші внутрішні органи. Так, розташування серця і закручування кишечника людини майже завжди лівосторонній.
Сучасне природознавство прийшло ще до одного важливого відкриття, пов'язаному з симетрією і що стосується відмінності живого від неживого. Справа в тому, що «живі» молекули, тобто молекули органічних речовин, що складають живі організми та отримані в ході життєдіяльності, відрізняються від «неживих», тобто отриманих штучно, відрізняються дзеркальною симетрією. Неживі молекули можуть бути як дзеркально симетричні, так і дзеркально асиметричні, як, наприклад, ліва і права рукавичка. Це властивості дзеркальної асиметрії молекул називається кірально, або хіральність. Неживі кіральних морекули зустрічаються в природі як у «лівому» так і в «правом» варіанті, тобто вони кірально нечисті. «Живі» молекули можуть бути тільки однієї орієнтації - «лівою» або «правою», тобто тут кажуть про киральной чистоті живого. Наприклад, молекула ДНК, як відомо, має вигляд спіралі, і ця спіраль завжди права. У глюкози, що утворюється в організмі - правообертальні форма, у фруктози - лівообертаюча.
Отже, найважливіша здатність живих організмів - створювати кірально чисті молекули. За сучасними уявленнями саме кірально молекул визначає біохімічну кордон між живим і неживим.
5. Порушення симетрії як джерело самоорганізації
Взаємозв'язок симетрії і асиметрії розглядається сучасною наукою в різних аспектах, що охоплюють саморозвиток матерії на всіх її структурних рівнях. Так сучасне синергетичне бачення еволюції Всесвіту засноване на ідеї про т.зв. спонтанному порушенні симетрії вихідного вакууму. Під вихідним вакуумом розуміють стан матерії до Великого Вибуху, коли вся матерія була представлена фізичним вакуумом. В даний час вважається, що справжній фізичний вакуум - це стан матерії з найменшою енергією. Ідея спонтанного порушення симетрії вихідного вакууму означає відхід від загальноприйнятого уявлення про вакуум як про стан, в якому значення енергії всіх фізичних полів дорівнює нулю. Тут визнається можливість існування станів з найменшою енергією при відмінній від нуля значення деяких фізичних полів і виникає уявлення про існування вакуумних конденсатів - станів з відмінним від нуля середнім значенням енергії. Спонтанне порушення симетрії означає, що за певних макроусловіях фундаментальні симетрії опиняються в стані нестійкості, а платою за сталий стан є асиметричність вакууму. (Для такого вакууму введено термін «помилковий вакуум»).
В якості одного з найбільш вірогідних сценаріїв еволюції Всесвіту, розглянутий нами раніше, включає інфляційну стадію (роздування) від «помилкового вакууму» - вакууму, що володіє величезною енергією. Такий вакуум має прагнення до гравітаційного відштовхування, що забезпечує його розширення.
«Помилковий» вакуум являє собою симетричне, але енергетично невигідне, а отже, нестабільний стан. У світлі інфляційної теорії еволюція Всесвіту постає як синергетичний самоорганізується процес. Якщо вважати Всесвіт замкненою системою, то процеси самоорганізації можуть бути розглянуті як взаємодія двох відкритих підсистем - фізичного вакууму і всіляких мікрочастинок і квантів полів. Відповідно до цієї теорії в процесі розширення з «суперсиметричній» стану Всесвіт розігрівся до температури, відповідної Великому Вибуху. Подальше її розвиток у міру падіння температури пролягало через критичні точки біфуркації (розгалуження), в яких відбувалися спонтанні порушення симетрій вихідного вакууму. Схематично цей процес подається в наступному, спрощеному вигляді:
1-а біфуркація: порушення симетрії (тотожності) між бозонами і ферміонами призвело до поділу матерії на речовину і поле;
2-а біфуркація: порушення тотожності між кварками і лептона; симетрія Всесвіту порушується до симетрії, що відповідає сильним взаємодіям і симетрії, відповідає електрослабких взаємодій; порушується також симетрія між речовиною і антиречовиною: частинок речовини народжується більше, і вся наша Всесвіт виявляється побудованої з речовини;
Третій біфуркація: спонтанне порушення симетрії електрослабкої взаємодії, що виявляється нами у вигляді відмінності між електромагнітним і слабкою взаємодією.
4-а біфуркація: виникають протони і нейтрони.
Подальша еволюція Всесвіту приводить до виникнення водню, гелію, іонізованого газу, зірок, галактик і т.д.
Спонтанне порушення симетрії вакууму виражається в тому, що він віддає енергію на народження мікрооб'єктів, на придбання їх мас і зарядів, внаслідок чого щільність енергії вакууму зменшується.
Важливим тут є і те, що хід цієї еволюції, вибір шляху розвитку в моменти біфуркацій виявився саме таким, що в результаті з'явилася саме така Всесвіт, яку ми спостерігаємо, тобто Всесвіт, в якій опинилася можливим життя нашого типу і поява самого спостерігача (т.зв. антропний принцип).
6. Асиметрія і життя
Асиметрія і життя. Відкриття киральной чистоти молекул біогенного походження проливає нове світло на виникнення життя на Землі, яке могло бути викликане спонтанним порушенням існуючої до того дзеркальної симетрії. Факторами виникнення асиметрії могли бути радіація, температура, тиск, вплив електромагнітних полів та інших Можливо, що життя на Землі зародилося у вигляді структур, схожих з генами сучасних організмів. Це міг бути акт самоорганізації матерії у вигляді стрибка, а не поступової еволюції. У зв'язку з цим говорять про Великий Біологічному Вибух.
Дослідження показують, що в ході розвитку життя асиметрія все більше і більше витісняє симетрію з біологічних і хімічних процесів. Зовні симетричні півкулі головного мозку різняться за своїми функціями. Явно асиметричним ознакою є поділ підлог - досить «пізніше придбання» еволюції, причому кожна підлога вносить у процес відтворення свою генетичну інформацію. Симетрія і асиметрія живого виявляються і в найважливіших фактори еволюції. Так в стійкості видів (спадковість) проявляється симетрія, а в їх мінливості - асиметрія.
Список використаної літератури
1. Грядовой Д.І. Концепції сучасного природознавства. Структурний курс основ природознавства. - М.: Учпедгиз, 1999.
2. Дубніщева Т.Я. Концепції сучасного природознавства. - К.: ЮКЕА, 1997.
3. Концепції сучасного природознавства. / Під ред. проф. С.А. Самигіна, 3-е вид. - Ростов н / Д: «Фенікс», 2002.
4. Найдиш В.М. Концепції сучасного природознавства .- М.: АЛЬФА-М, ИНФРА-М-2003
[1] Концепції сучасного природознавства. / Під ред. проф. С.А. Самигіна, 3-е вид. - Ростов н / Д: «Фенікс», 2002.-стор. 46