A szimmetria alapelvei 2
1. A szimmetria fogalma
2. Mérőszimmetriák
3. A téridő és a védelmi törvények szimmetriája
4. Az élet szimmetriája és aszimmetriája
5. A szimmetria megsértése az önszerveződés forrásaként
6. Az aszimmetria és az élet
A használt irodalomjegyzék
A modern természettudomány egyik legfontosabb felfedezése az a tény, hogy a körülöttünk lévő fizikai világ sokfélesége összefüggésben van ezzel vagy bizonyos szimmetriatípusok megsértésével. Annak érdekében, hogy ez a megállapítás érthetőbb legyen, vegyük részletesebben a szimmetria fogalmát. "A szimmetrikus utal valamire, amelynek arányai jó arányban vannak, és a szimmetria az egyes részek olyan egységessége, amely egyesíti őket egy egészbe. A szépség szorosan kapcsolódik a szimmetriához "- írta H. Weil könyvében" Szimmetriatanulmányok ". [1] Itt utal, nem csak a térbeli kapcsolatokra, azaz geometriai szimmetria. Egyfajta szimmetria, harmónia a zenében, a szimmetria akusztikus alkalmazását jelzi.
A tükörszimmetria a geometriában a visszaverődés vagy a forgatás műveleteire vonatkozik. Nagyon elterjedt a természetben. A kristályoknak a legnagyobb szimmetriája van a természetben (például a hópelyhek, a természetes kristályok szimmetriája), de nem mindegyiknek van tükrös szimmetriája. Olyan úgynevezett optikailag aktív kristályok ismertek, amelyek a fény incidens polarizációjának síkját forgatják rájuk. Általános esetben a szimmetria bármely rendszer vagy objektum megrendelési fokát fejezi ki. Például a kör rendezett és következésképpen szimmetrikusabb, mint a négyzet. A négyzet szimmetrikusabb, mint a téglalap. Más szóval, a szimmetria az objektumok bármely tulajdonságának és jellemzőinek invarianciája (invariancia), ami a transzformációkra (műveletekre) vonatkozik. Például a kör szimmetrikus a síkjában fekvő és a középen áthaladó bármely vonal (a szimmetria tengelye) tekintetében, szimmetrikus és a centrumhoz viszonyítva. A szimmetria műveletek ebben az esetben a tükör visszaverődése a tengelyhez viszonyítva és a kör középpontjához viszonyított elforgatás.
Tág értelemben, szimmetria - egy olyan fogalom, amely azt mutatja objektív valóság létező által meghatározott sorrendben az egyensúlyi állapot, a viszonylagos stabilitását az arányosság és az arányosság részei között az egész. Az ezzel ellentétes koncepció, hogy az aszimmetria, amely tükrözi a lényege a tárgyi világ megsérti a rendet, az egyensúlyt, a viszonylagos stabilitását az arányosság és az arányosság között az egyes részek az egész, mivel a változás, a fejlődés és szervezeti átalakulás. Ebből következik, hogy az aszimmetria a fejlődés, az evolúció és az újfajta kialakulásának tekinthető. A szimmetria nemcsak geometriai lehet. Megkülönböztetik a geometriai és dinamikus szimmetria-formákat (és ennek megfelelően az aszimmetriát). Ahhoz, hogy egy geometriai szimmetria (szimmetria külső) közé tulajdonságai tér - idő, mint például a egyenletességét az idő és tér, az izotrópia a tér, a egyenértékűségét inerciális referencia rendszerek, stb
A szimmetria a dinamikus formára utal. a fizikai kölcsönhatások tulajdonságait kifejező, például az elektromos töltés szimmetriája, a spin szimmetriája stb. (belső szimmetriák). A modern fizika azonban feltárja annak lehetőségét, hogy az összes szimmetriát a geometriai szimmetriákra csökkentse.
A modern fizika egyik fontos koncepciója a szimmetria fogalma. A mérőszimmetriák a változó átalakításoknál fellépő invarianciával társulnak. A "kalibrálás" kifejezés a vasúti dolgozók zsargonjából származik, ahol azt jelenti, hogy átmenet van a keskeny nyomtávról a széles nyomtávra. A kalibrálást eredetileg szint vagy skála változásnak tekintették. Tehát az SRT-ben a fizikai törvények nem változnak a koordináta rendszer eltolódása (eltolás) tekintetében. A mozgás pályái egyenesen egyenesek, a térbeli eltolódás ugyanaz marad minden térbeli pontnál. Így működnek a globális kalibrációs átalakítások.
A szimmetria formái egyidejűleg az aszimmetria formái. Tehát a geometriai aszimmetriák a téridő, a tér anizotrópia stb. Inhomogenitását fejezik ki. Dinamikus aszimmetriák mutatkoznak a protonok és a neutronok közötti különbségekben az elektromágneses kölcsönhatásokban, a részecskék és a részecskék közötti különbség (elektromos, bárium töltések fölött stb.) Stb. [3].
3. A téridő és a védelmi törvények szimmetriája
A geometriai szimmetriák egyik legfontosabb jellemzője a kapcsolódás a természetvédelmi törvényekkel. Nem szabad túlbecsülni a természetvédelmi törvények (a lendület, az energia, a töltés stb. Megőrzésének törvényeit) a tudomány számára. A lényeg az, hogy a szimmetria fogalma bármilyen tárgyra vonatkozik, beleértve a fizikai törvényt is.
Emlékezzünk vissza, hogy az Einstein relativitásának elve szerint minden fizikai törvény ugyanolyan formában jelenik meg minden inerciális referenciakeretben. Ez azt jelenti, hogy szimmetrikusak (invariánsak) az egyik inerciális rendszerről a másikra való átmenet tekintetében.
Noether tétele. A szimmetriák és a védelmi törvények közötti kapcsolat legáltalánosabb megközelítését az E. Noether híres tétele tartalmazza. 1918-ban a relativitáselmélet problémáinak csoportjában dolgozott, olyan elméletet mutatott be, amelynek egyszerűsített megfogalmazása szerint: ha a rendszer tulajdonságai nem változnak a változók bármilyen átalakulásával kapcsolatban, akkor ez egy bizonyos természetvédelmi törvénynek felel meg.
Vegye figyelembe az átmenetet egy inerciális rendszerből a másikba. Mivel az ilyen átmeneteknek különböző módjai vannak, következésképpen különböző típusú szimmetriák léteznek, amelyek mindegyikének a Noether tételének megfelelően meg kell felelnie a természetvédelmi törvénynek.
Az egyik inerciális rendszer (ISO) átállását az alábbi transzformációk végezhetik:
1. Vigye át a koordináták eredetét. Ez azért van, mert minden pont fizikai egyenértékűvé válik az űrben, azaz. homogenitásával. Ebben az esetben szimmetriát beszélünk a térbeli átvitelek tekintetében.
2. Forgassa el a koordinátatengelyek háromszorosát. Ez a lehetőség a tér tulajdonságainak hasonlósága miatt minden irányban, azaz az izotrópia a térben és megfelel a szimmetrianak a forgatások tekintetében.
3. A hivatkozás eredetének eltolódása az időhöz képest, amely megfelel az időátvitelre vonatkozó szimmetrianak. Ez a fajta szimmetria összefügg az idő különböző időpontjai és az idő homogenitása fizikai egyenértékűségével, azaz egyenletes áramlás minden inerciális rendszerben - a számítás. Az idő különböző pillanatainak ekvivalenciája az, hogy minden fizikai jelenség a megjelenés időpontjától függetlenül fordul elő (más dolgok egyenlőek).
4. Eredmény egyenletes vonalú mozgása a V sebességgel, azaz. átmenet egy nyugalmi rendszerről egyenletes és egyenes vonalú rendszerbe.
Ez azért lehetséges, mert ezek a rendszerek egyenértékűek. Az ilyen szimmetriát feltételesen a téridő izotrópiaként nevezik. Az átmenet Galileo transzformációk vagy Lorentz-transzformációk segítségével valósul meg. (Fontos megjegyezni, hogy a fizikai törvények nem szimmetrikusak a forgó vonatkoztatási rendszer forgatás zárt referenciakeret lehet kimutatni az intézkedés centrifugális erők, az inga hinta sík változik, stb Ezen kívül, a fizikai törvények nem szimmetrikus és viszonylag nagy méretű transzformációs rendszerek - .. TN Így a makrokozmosz törvényeit nem lehet automatikusan átruházni a mikrokozmoszra és a megalomóra.)
A fenti négy szimmetria típus egyetemes. Ez azt jelenti, hogy a természet minden természeti törvénye nagy pontossággal invariáns, és a vonatkozó törvények alapvetőek. Ezek a törvények a következők:
1. A lendület megőrzésének törvénye a tér homogenitásának következtében.
2. Az űr izotropia következtében fellépő szögsebesség megőrzésének törvénye.
3. Az energia-megőrzés törvénye az idő egységességének következményeként.
4. A tömegközéppont sebességének megőrzésének törvénye (az izotrópia következménye
Amint azt korábban említettük, a leírt szimmetriatípusok geometriaiak. A védelmi törvényekkel való kapcsolatot dinamikus szimmetriák is feltárják. Társított dinamikai szimmetria megmaradásának törvénye elektromos töltés (az átalakítás összege részecske elektromos töltése a részecskék változatlan marad), a törvény megőrzése lepton (konverziós összeg az elemi részecskék és különbséget száma peptonok antileptons nem változik), stb
Tehát a villamos energia megőrzésének törvénye az elektromágneses szimmetriából következik. Ennek lényege abban a tényben rejlik, hogy a skála transzformációk erő jellemzőit az elektromágneses mező (elektromos tér intenzitása, és a mágneses mező B változatlan marad ettől a törvény azt jelenti, különösen a stabilitását az elektron -. A legkisebb alapvető töltött részecskék létezhetnek szabad állapotban.
Egyes alapvető törvények működésének figyelembe vételével nem szabad megfeledkeznünk arról, hogy minden szimmetria-típusnak saját aszimmetriája van.
4. Az élet szimmetriája és aszimmetriája
A vízben felfüggesztett kis organizmusok szinte gömb alakúak. A tengeri mélységekben élő és nagy víznyomásnak kitett organizmusokban már eltérő szimmetria van: rotációs képessége egy tengely körüli egyéni fordulatokra korlátozódik. A filogenetikai evolúció az örökletes különbséget a jobb és a bal között próbálta felidézni, de a cselekvését a szervei tükör-szimmetrikus elrendezéséből származó előnyök visszatartották. Ez nyilvánvalóan megmagyarázza, hogy a végtagok szimmetrikusabbak, mint a belső szervek. Tehát a szív helyzete és az emberi bél csavarodása szinte mindig baloldali.
A modern természettudomány egy másik fontos felfedezést ért el a szimmetriával kapcsolatban, és az élő és a nem élõk közötti különbséggel kapcsolatban. Az a tény, hogy "élő" molekulák, azaz olyan szerves anyagok molekulái, amelyek az élő szervezeteket alkotják és az életaktivitás során nyerik őket, különböznek az "élettelen" Mesterségesen beszerezhető tükörszimmetria. A nem élő molekulák lehetnek tükörszimmetrikusak és tükörszerűek, például bal és jobb kesztyű. A molekulák tükör-aszimmetriájának ilyen tulajdonságait kiralitásnak vagy kiralitásnak nevezik. A nem életben levő királis tengeri repedések mind a "bal", mind pedig a "jobb" változatokban megtalálhatók a természetben. királisan tisztátalanok. Az "élő" molekulák csak egy orientáció lehetnek - "balra" vagy "jobbra", azaz. itt beszélnek az élők királis tisztaságáról. Például egy DNS-molekula ismert spirál alakja, és ez a spirál mindig igaz. A glükózban, a szervezetben alakult - jobbra forgó formában, fruktóz - balra forgóban.
Következésképpen az élő szervezetek legfontosabb képessége, hogy királisan tiszta molekulákat hozzon létre. A modern fogalmak szerint a molekulák kiralitása határozza meg a biokémiai határt az élő és a nem élő között.
5. A szimmetria az önszerveződés forrása
A szimmetria és az aszimmetria közötti kapcsolatot a modern tudomány különbözõ aspektusaiban vizsgálja, amely magában foglalja az anyag önfejlesztését minden strukturális szinten. Tehát a világegyetem evolúciójának modern szinergikus látása az úgynevezett ötlet alapja. a kezdeti vákuum szimmetriájának spontán megtörése. A kezdeti vákuum alatt megértjük az anyag állapotát a Big Bang előtt, amikor minden anyagot fizikai vákuum képvisel. Jelenleg úgy vélik, hogy az igazi fizikai vákuum a legkevésbé energiával rendelkező anyag állapota. A kezdeti vákuum szimmetriájának spontán megtörésének ötlete az, hogy elhagyja a vákuum általánosan elfogadott koncepcióját olyan állapotként, amelyben az összes fizikai mező energia értéke nulla. Itt felismerjük annak a lehetőségét, hogy léteznek olyan államok, amelyeknek a legalacsonyabb energiája bizonyos fizikai mezők nem nulla értékénél, és felmerült a vákuum kondenzátumok létezése - a nemzero átlag energiával rendelkező államok. A spontán szimmetria-törés azt jelenti, hogy bizonyos makroállapotok alatt az alapvető szimmetriák instabil állapotba kerülnek, és a stabil állapot fizetése a vákuum aszimmetriája. (Ilyen vákuum esetén a "hamis vákuum" kifejezés kerül bevezetésre).
A világegyetem evolúciójának egyik legvalószínűbb forgatókönyve, amely korábban már rámutatott, magában foglalja az inflációs fázist (inflációt) a "hamis vákuumból" - egy olyan vákuum, amely hatalmas energiával bír. Az ilyen vákuum a gravitációs visszaszorítás vágya, amely biztosítja annak bővítését.
A "hamis" vákuum szimmetrikus, de energikusan kedvezőtlen, ezért instabil állapot. Az inflációs elmélet fényében az univerzum fejlődése szinergetikus önszerveződő folyamatnak tűnik. Ha az univerzumot zárt rendszernek tekintjük, akkor az önszerveződés folyamata két nyitott alrendszer kölcsönhatásának tekinthető - a fizikai vákuum és az összes lehetséges mikrorészecske és a tér kvantum. Az elmélet szerint a "szuperszimmetrikus" állapotból való kitágulás során az Univerzum felmelegedett a Big Bang megfelelő hőmérsékletére. Fejlődésének további alakulása a hőmérséklet csökkenésével a bifurkáció kritikus pontjain (szétágazódás) ment végbe, amelyben a kezdeti vákuum spontán szimmetriasűrűsége megtört. Szemléletileg ez a folyamat a következő, egyszerűsített formában jelenik meg:
Első bifurkáció: a bozonok és a fermionok közötti szimmetria (identitás) megtörése az anyag anyagba és mezőbe való elválasztásához vezetett;
2. bifurkáció: a kvarkok és a leptonok közötti identitás megsértése; a világegyetem szimmetriáját megsértették olyan szimmetriára, amely megfelel az elektromos interakcióknak megfelelő erős kölcsönhatásoknak és szimmetriának; az anyag és az antimatter szimmetriája is megsértődik: az anyag részecskéi többé születnek, és az egész világmindenségünk az anyagból épül fel;
3. bifurkáció: spontán szimmetria megtörése electroweak interakció, amely kiderül, hogy mi az elektromágneses és a gyenge kölcsönhatás közötti különbség.
4. bifurkáció: protonok és neutronok keletkeznek.
A világegyetem további fejlődése hidrogén, hélium, ionizált gáz, csillagok, galaxisok megjelenéséhez vezet.
A vákuum szimmetriájának spontán megtörését úgy fejezzük ki, hogy energiát ad a mikroorganizmusok születéséhez, tömegük és töltéseik megszerzéséhez, aminek következtében csökken a vákuum energiasűrűsége.
Fontos itt az a tény, hogy ennek a fejlődésnek a folyamata, a fejlődési út kiválasztása a bifurkációk pillanataiban pontosan olyan volt, hogy ennek eredményeképpen pontosan olyan univerzum volt, mint amit megfigyelünk, A világegyetem, amelyben a mi életünk lehetséges volt, és a megfigyelő megjelenése (az úgynevezett antropikus elv).
6. Az aszimmetria és az élet
Az aszimmetria és az élet. A biogén eredetű molekulák királis tisztaságának felfedezése új fényt terem a Földön megjelenő életre, amelyet a korábban létező tükörszimmetria spontán megsértése okozhat. Az aszimmetria kialakulásának tényezői lehetnek a sugárzás, a hőmérséklet, a nyomás, az elektromágneses mezők hatása stb. Lehetséges, hogy a földi élet a modern szervezetek génjeivel hasonló struktúrák formájában keletkezett. Ez lehet az anyag önszerveződése az ugrás formájában, nem fokozatos fejlődés. Ebben a tekintetben a Big Biolról beszélnek.
A vizsgálatok azt mutatják, hogy az életvitel során az aszimmetria egyre inkább kiszorítja a biológiai és kémiai folyamatok szimmetriáját. Külsőleg az agy szimmetrikus félgömbjei különböznek funkcióikban. A kifejezetten aszimmetrikus jellemző a nemek felosztása - az evolúció "későbbi megszerzése" elegendő, minden nemhez hozzájárul a genetikai információhoz a reprodukciós folyamathoz. Az élet szimmetriája és aszimmetriája az evolúció legfontosabb tényezői között is megnyilvánul. Tehát a fajok stabilitása (öröklődés), a szimmetria és a változékonyság - aszimmetria.
A használt irodalomjegyzék