СИММЕТРИЯ - АСИММЕТРИЯ В РАЗЛИЧНЫХ НАПРАВЛЕНИЯХ НАУКИ - Изучение и анализ симметрии и асимметрии в различных направлениях науки

Принципы симметрии - асимметрии используются во всех без исключения направлениях современной науки. Симметрия - асимметрия играют важную роль в математике, логике, философии, искусстве, биологии, физике, химии и других науках, которые имеют дело с системами, а также исследованиями в области общей методологии. В философии выделяют следующие группы симметрии. Первая группа - это симметрия геометрическая, т. е. симметрия положений форм и структур. Это та симметрия, которую можно воспринимать визуально. Вторая группа - это симметрия явлений и законов природы. В ходе многовековой практики познания мира и познания законов объективной действительности человечество накопило многочисленные данные о том, что в окружающем и мире действуют две тенденции: с одной стороны, тенденция к упорядоченности, гармонии, а с другой - к ее нарушению.

Категории симметрии - асимметрии включаются в общий понятийный аппарат философии и рассматриваются как две взаимосвязанные и взаимообусловленные категории. Логической основой для их определения является диалектика тождества и различия, которые находятся в неразрывном единстве. Наиболее тесная связь, взаимопроникновение этих категорий наблюдаются при отображении и развитии объектов, когда различие существует внутри тождества, а тождество - внутри различия. Основой этого единства является единство устойчивости и изменчивости вещей. При этом устойчивость проявляется как тождество изменяющегося объекта с самим собой, а изменчивость - как нарушение этого тождества, как различие внутри тождества.

Проблема симметрии-асимметрии в биологии (иногда ее формулируют, как проблема упорядоченности, регулярности и соразмерности в строении организмов и их развитии) изучается на двух уровнях: на макроуровне (субклеточный, органоидный, организменный) и на микроуровне (молекулярный, биополимерный). При этом выделяются два методологических подхода в изучении названной проблемы: выяснение причинно-следственных взаимосвязей между пространственной конфигурацией биополимеров и их функциональными свойствами; второе - для чего необходимо свойственное всему живому миру соотношение L - и D-биомолекул, т. е. в чем "целесообразность и полезность" для организма той или иной структуры и функции.

То, что в биологических системах встречается лишь один изомер, объяснить несложно. Но почему только L-изомер? Впервые вопрос о биологической целесообразности существующего соотношения стереоизомеров в современном органическом мире был поставлен Пастером: "Почему возникает определенная диссимметрия, а не противоположная, почему только правый сахар... и левые белки". Ставя так проблему Пастер был глубоко убежден, что изучение этого вопроса - один из важнейших путей к познанию сущности жизни Болотин А. Б., Степанов Н. ф.. Теория групп и ее применения в квантовой механике молекул, М., 1973

.

В исследовании путей происхождения современного соотношения L - и D-биомолекул выделяются два направления.

    1. Существующее соотношение результат случайного, спонтанно происшедшего события, которое могло разыгрываться по двум схемам:
      А) возникшая киральная протоструктура уже представляла собой готовую самореплицирующуюся молекулярную систему, содержавшую чистые L-аминокислоты и D-пентозу; Б) в результате стохастического нарушения рацемического баланса одни из изомеров получили перевес над другими. Возникшее случайно неравновесие углубилось последующей конкуренцией и отбором, в результате которого "выжили" L-аминокислоты и D-сахара.
    2. Второе направление построено на концепции химической эволюции и утверждает идею некоего усложнения возникшей в ходе природного органического синтеза молекулы, одним из этапов которого и было конструирование пространственно-диссимметричной молекулы, ставшей матрицей последующего размножения подобных молекулярных систем

Симметрия в физике. Если законы, устанавливающие соотношения между величинами, характеризующими физическую систему, или определяющие изменение этих величин со временем, не меняются при определенных операциях (преобразованиях), которым может быть подвергнута система, то говорят, что эти законы обладают С. (или инвариантны) относительно данных преобразований. В математическом отношении преобразования С. Составляют группу.

Опыт показывает, что физические законы симметричны относительно следующих наиболее общих преобразований.

Симметрия играет важную роль в исследовании физики микромира. Физик-теоретик А. Мигдал считал, что главными направлениями физики XX века были поиски симметрии и единства картины мира Карасев В. П. Симметрия в физике. М.: "Знание", 1978. 63 с.

.

Сохранение подобных величин, непосредственно не связанных со свойствами пространства-времени, относится к понятию "внутренней" симметрии. Остановимся на законе сохранения электрического заряда. Смысл его в том, что сохраняется во времени алгебраическая сумма зарядов любой электрической изолированной системы. Математическом смыслом закона сохранения заряда является уравнение непрерывности

(1)

Где j - плотность тока, с - объемная плотность заряда. Физический смысл этого уравнения состоит в том, что div j - расходимость тока (его движение) - связана с изменением во времени, т. е. перемещением электрического заряда. Электрический ток - направленное движение свободных электрических частиц.

Физический смысл (1) отражает факт несотворимости и неуничтожимости электрического заряда.

Нужно подчеркнуть, что сохранение электрического заряда в изолированных (замкнутых) системах не сводится к сохранению числа заряженных частиц. Так при в-распаде нейтрона, не имеющего заряда, возникают с (с зарядом e+), электрон (заряд e-) и антинейтрино, также не имеющее заряда. В этой реакции появились две электрически заряженные частицы, но их суммарный заряд равен нулю, как и у породившего их нейтрона. Отметим, что важным следствием закона сохранения заряда является устойчивость электрона. Электрон является самой легкой электрически заряженной частицей. Поэтому ему просто не на что распадаться так как в этом случае нарушился бы закон сохранения электрического заряда. По современным представлениям время жизни электрона не менее 10 лет, что говорит в пользу этого закона.

"Принцип симметрии в XX веке охватывает все новые области. Из области кристаллографии, физики твердого тела он вошел в область химии, в область молекулярных процессов и в физику атома. Нет сомнения, что его проявления мы найдем в еще более далеком от окружающих нас комплексов мире электрона и ему подчинены будут явления квантов" Хохштрассер Р., Молекулярные аспекты симметрии, пер. с англ., М., 1968

.

Похожие статьи




СИММЕТРИЯ - АСИММЕТРИЯ В РАЗЛИЧНЫХ НАПРАВЛЕНИЯХ НАУКИ - Изучение и анализ симметрии и асимметрии в различных направлениях науки

Предыдущая | Следующая