Природные механизмы законов сохранения. Симметрия и асимметрия

ПРИРОДНЫЕ МЕХАНИЗМЫ  ЗАКОНОВ СОХРАНЕНИЯ.

СИММЕТРИЯ И  АСИММЕТРИЯ.

                                                                                   "Законы симметрии никогда  не нарушаются.

                                                                                                          Они трансформируются из одной формы в другую".

(Милогия).

ВВЕДЕНИЕ

    Страницы "Симметрия", "Дополнительность", "Самоорганизация, "Оптимальность" являются ключевыми  к осознанию научного метода  описания концепций современного естествознания, законов и закономерностей, явлений, систем,  объектов и субъектов любой природы. На этих страницах обосновываются природные операционные принципы, которые используются, по образу и подобию, на всех структурных и функциональных уровнях иерархии материи, во всех системах, независимо от их природы.

        Данный метод  может стать основой для формирования  теории многоуровневых двойственных  отношений, отражающих законы  сохранения симметрии и асимметрии  и  создания на этой основе  Единой концепции естествознания.

     Тематика данного  раздела сайта, в общем,   соответствует утвержденной Программе  по курсу "Концепции современного  естествознания". В рамках данной  Программы  за каждой  наукой, практически в явном виде, признается  право иметь собственную концепцию.       Но если поглядеть глубже, то на деле многие научные концепции  достаточно хорошо описывают историю становления собственной научной дисциплины,   удовлетворительно характеризуют современное состояние,  и совершенно неудовлетворительно -   по отношению к  будущему.

        На данных  страницах делается первая попытка  описания существующих концепций  современного естествознания с  позиций Знания Единого, с позиций  принципиально новой науки - милогии.

           По  этой науке еще нет учебников. Она еще в определенном смысле является тайной, ибо она не проявлена, о ее  существовании сегодня знают  не многие. Но эта наука интенсивно прогрессирует...

        Новая наука  вносит коренные изменения в  привычные научные традиции. Все  науки в качестве предмета своих исследований имеют собственные Объекты и Субъекты, взаимоотношения между которыми затем раскрываются уже внутри науки.

       Милогия - это  наука, предметом исследования  которой являются отношения взаимодополнительности  между Объектами  и Субъектами  любой природы. Эти отношения являются  общими для всех наук. И эти отношения формируют фундамент Единой концепции современной науки.

        На смену  индуктивному мышлению, отражающего  строгий синтаксический    метод  получения новых данных, от частного к общему, придут дедуктивные методы   научного мышления. Эти методы, на основе Единого закона отражают уже семантику научного познания.

      Можно ли объять  необъятное? Можно ли  дать строгое  определение Единому закону, из  которого вытекают все законы мироздания, все формулы мироздания, все до одной?   Но даже и в том случае, если бы такое определение существовало, то поверили бы в это люди, привыкшие к множеству законов?                       

 

     1. СИММЕТРИЯ. АСИММЕТРИЯ

   Симметрия и асимметрия- это единство двух асимметричных Начал, связывающих между собой Прошлое и Будущее, через Настоящее.

 

     1.1.ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

        С симметрией  мы встречаемся всюду.   Понятие  симметрии проходит через всю  многовековую историю человеческого творчества. Оно встречается уже у истоков человеческого знания; его широко используют все без исключения направления современной науки.

     Принципы симметрии  играют важную роль в физике  и математике, химии и биологии, технике и архитектуре, живописи  и скульптуре, поэзии и музыке. Законы природы, управляющие неисчерпаемой в своем многообразии картиной явлений, в свою очередь, подчиняются принципам симметрии.

    Что же такое симметрия?  Почему симметрия буквально пронизывает  весь окружающий нас мир? Существуют, в принципе, две группы симметрий.

     К первой группе  относится симметрия положений,  форм, структур. Это та симметрия,  которую можно непосредственно  видеть. Она может быть названа  геометрической симметрией.

     Вторая группа характеризует  симметрию физических явлений и законов природы. Эта симметрия лежит в самой основе естественнонаучной картины мира: ее можно назвать физической симметрией.

     На протяжении тысячелетий  в ходе общественной практики  и познания законов объективной  действительности человечество накопило многочисленные данные, свидетельствующие о наличии в окружающем мире двух тенденций: с одной стороны, к строгой упорядоченности, гармонии, а с другой - к их нарушению. Люди давно обратили внимание на правильность формы кристаллов, цветов, пчелиных сот и других естественных объектов и воспроизводили эту пропорциональность в произведениях искусства, в создаваемых ими предметах, через понятие симметрии.

     «Симметрия, - пишет известный  ученый Дж. Ньюмен, - устанавливает  забавное и удивительное родство между предметами, явлениями и теориями, внешне, казалось бы, ничем не связанными: земным магнетизмом, женской вуалью, поляризованным светом, естественным отбором, теорией групп, инвариантами и преобразованиями, рабочими привычками пчел в улье, строением пространства, рисунками ваз, квантовой физикой, лепестками цветов, интерференционной картиной рентгеновских лучей, делением клеток морских ежей, равновесными конфигурациями кристаллов, романскими соборами, снежинками, музыкой, теорией относительности...".

       Слово «симметрия»  имеет двойственное толкование.

    В одном смысле симметричное  означает нечто весьма пропорциональное, сбалансированное; симметрия показывает  тот способ согласования многих  частей, с помощью которого они  объединяются в целое.   Второй смысл этого слова - равновесие. Еще Аристотель говорил о симметрии как о таком состоянии, которое характеризуется соотношением крайностей. Из этого высказывания следует, что Аристотель, пожалуй, был ближе всех к открытию одной из самых фундаментальных закономерностей Природы - закономерности о ее двойственности.

     Пристальное внимание  уделяли симметрии Пифагор и  его ученики. Исходя из учения  о числе пифагорейцы дали первую  математическую трактовку гармонии, симметрии, которая не потеряла своего значения и в наши дни. Взгляды Пифагора и его школы получили дальнейшее развитие в платоновском учении о познании. Особый интерес представляют взгляды Платона на строение мира, который, по его утверждению, состоит из правильных многоугольников, обладающих идеальной симметрией. Для Платона характерно соединение учения об идеях с пифагорейским учением о числе. Среди более поздних естествоиспытателей и философов, занимавшихся разработкой категории симметрии, следует назвать Р. Декарта и Г. Спенсера. Так, по Декарту, бог, создав асимметричные тела, придал им "естественное" круговое движение, в результате которого они совершенствовались в тела симметричные.

    Характерно, что к наиболее  интересным результатам наука  приходила именно тогда, когда  устанавливались факты нарушения симметрии. Следствия, вытекающие из принципа симметрии, интенсивно разрабатывались физиками в прошлом веке и привели к ряду важных результатов. Такими следствиями законов симметрии являются, прежде всего, законы сохранения классической физики.

    В настоящее время  в естествознании преобладают  определения категорий симметрии  и асимметрии на основании  перечисления определенных признаков.  Например, симметрия определяется  как совокупность свойств: порядка,  однородности, соразмерности, гармоничности. Все признаки симметрии во многих ее определениях рассматриваются равноправными, одинаково существенными, и в отдельных конкретных случаях, при установлении симметрии какого-то явления, можно пользоваться любым из них. Так, в одних случаях симметрия - это однородность, в других - соразмерность и т. д. То же самое можно сказать и о существующих в частных науках определениях асимметрии.

        

     1.2. ЗНАЧЕНИЕ СИММЕТРИИ  В ПОЗНАНИИ ПРИРОДЫ

    Идея симметрии часто  являлась отправным пунктом в гипотезах и теориях ученых прошлого. Вносимая симметрией упорядоченность проявляется, прежде всего, в ограничении многообразия возможных структур, в сокращении числа возможных вариантов. В качестве важного физического примера можно привести факт существования определяемых симметрией ограничений разнообразия структур молекул и кристаллов. Поясним эту мысль на следующем примере. Допустим, что в некоторой отдаленной галактике обитают высокоразвитые существа, увлекающиеся среди прочих занятий также играми. Мы можем ничего не знать о вкусах этих существ, о строении их тела и особенностях психики. Однако достоверно, что их игральные кости имеют одну из пяти форм - тетраэдр, куб, октаэдр, додекаэдр, икосаэдр. Всякая иная форма игральной кости в принципе исключена, поскольку требование равновероятности выпадения при игре любой грани предопределяет использование формы правильного многогранника, а таких форм только пять.

      Идея симметрии  часто служила ученым путеводной  нитью при рассмотрении проблем  мироздания. Наблюдая хаотическую россыпь звезд на ночном небе, мы понимаем, что за внешним хаосом скрываются вполне симметричные спиральные структуры галактик, а в них - симметричные структуры планетных систем. Симметрия внешней формы кристалла является следствием ее внутренней симметрии - упорядоченного взаимного расположения в пространстве атомов (молекул). Иначе говоря, симметрия кристалла связана с существованием пространственной решетки из атомов, так называемой кристаллической решетки.

     Согласно современной  точке зрения, наиболее фундаментальные законы природы носят характер запретов. Они определяют, что может, а что не может происходить в природе. Так, законы сохранения в физике элементарных частиц являются законами запрета. Они запрещают любое явление, при котором изменялась бы "сохраняющаяся величина", являющаяся собственной «абсолютной» константой (собственным значением) соответствующего объекта и характеризующая его «вес» в системе других объектов. И эти значения являются абсолютными до тех пор, пока такой объект существует.

      В современной  науке все законы сохранения  рассматриваются именно как законы  запрета. Так, в мире элементарных  частиц многие законы сохранения  получены как правила, запрещающие  те явления, которые никогда  не наблюдаются в экспериментах.

     Видный советский  ученый академик В. И. Вернадский  писал в 1927 году: "Новым в  науке явилось не выявление  принципа симметрии, а выявление  его всеобщности". Действительно,  всеобщность симметрии поразительна. Симметрия устанавливает внутренние  связи между объектами и явлениями, которые внешне никак не связаны.

    Всеобщность симметрии  не только в том, что она  обнаруживается в разнообразных  объектах и явлениях. Всеобщим  является сам принцип симметрии,  без которого по сути дела  нельзя рассмотреть ни одной фундаментальной проблемы, будь то проблема жизни или проблема контактов с внеземными цивилизациями.

    Принципы симметрии лежат  в основе теории относительности,  квантовой механики, физики твердого  тела, атомной и ядерной физики, физики элементарных частиц. Эти принципы наиболее ярко выражаются в свойствах инвариантности законов природы. Речь при этом идет не только о физических законах, но и других, например, биологических.

      Примером биологического  закона сохранения может служить  закон наследования. В основе его лежат инвариантность биологических свойств по отношению к переходу от одного поколения к другому. Вполне очевидно, что без законов сохранения (физических, биологических и прочих) наш мир попросту не смог бы существовать.

        Говоря о  роли симметрии в процессе научного познания, следует особо выделить применение метода аналогий. По словам французского математика Д. Пойа, "не существует, возможно, открытий ни в элементарной, ни в высшей математике, ни, пожалуй, в любой другой области, которые могли быть сделаны без аналогий". В основе большинства этих аналогий лежат общие корни, общие закономерности, которые проявляются одинаковым образом на разных уровнях иерархии.

 

     1.3. ВЗАИМОСВЯЗЬ СИММЕТРИИ  И АСИММЕТРИИ

      Фундаментальность  симметрии ограничивает число возможных вариантов природных структур, а также число возможных вариантов поведения различных систем.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                     рис. 1       

   Можно сказать, что симметрия и асимметрия - это две формы проявления одной и той же закономерности - закономерности двойственности.      

 Любой объект природы является  двойственным. И эта двойственность  имеет две формы проявления. Одна  форма внешняя - наблюдатель видит два взаимосвязанных объекта, характеризующихся взаимодополнительностью (внешняя двойственность, симметрия).    

 Другая форма двойственности  для наблюдателя является "не  проявленной" (внутренняя двойственность, асимметрия).    

 Но если наблюдатель из  внешней (симметричной) системы переместится  во внутреннюю (асимметричную), то "за горизонтом осознанного мира" он  обнаружит отношения  симметрии.    

      Тесная взаимосвязь законов симметрии и асимметрии проявляется в следующем высказывании Иисуса Христа (Евангелие от Фомы)  о Царствии небесном:

"Когда вы сделаете внутреннее как внешнее, женское как мужское, мужское как женское, тогда вы войдете в Царствие.... Тот, кто обретет толкование этих слов, не вкусит смерти."    

 Это утверждение  можно переписать, используя алгебраическую  форму:                                                                

    

  Древние мудрецы Китая хорошо знали о взаимосвязи симметрии и асимметрии. В "Книге Перемен" приводится следующая схема

 

 

 

 

 

 

 

 

 

рис.2-1  

 Видите, как на этом  рисунке уживается асимметрия - Великий предел ( внутренняя двойственность) и симметрия двойственного отношения  "ян-инь"(внешняя двойственность).          

 Из рис. 2 непосредственно получаются следующие тождества, отражающие принцип триединства

 

 

 

 

 

 

рис.2-2

 

 

     Из этих  тожеств непосредственно видно,  что правая часть тождества  содержит три компоненты. При  этом отношение  числителя  к общему числу компонент отношения характеризуется числом "2/3", а отношение знаменателя - числом "1/3".