Симметрия и асимметрия
Идеи симметрии играют фундаментальную роль в развитии универсума и человеческой цивилизации. Многим предметам человек умышленно придает симметричные формы, архитектурные сооружения, соборы, арки и пр. обладают свойством симметрии. Свойства симметрии были известны с древности, симметрия (от греч. symmetria – соразмерность), и первое упоминание о симметрии принадлежит Пифагору. С точки зрения античного философа Пифагора симметрия означает соразмерность, пропорциональность, гармонию. Это пространственная закономерность в расположении одинаковых частей фигур или самих фигур. Пифагор пытался дать первую математическую трактовку симметрии. Принцип симметрии указывает на универсальность этих соразмерностей, ибо симметрия может быть найдена везде. С симметрией было связано и представление о красоте. Нарушение симметрии трактовалось как асимметрия. В истории человеческой культуры всегда приветствовалась симметрия как совершенство и порицалась асимметрия, иногда рассматриваемая как уродство. Аристотель говорил о симметрии как о таком состоянии, которое характеризуется соотношением крайностей. В рамках новоевропейской науки категорию симметрии изучал Декарт, а позже – позитивист Спенсер. По Декарту, Бог создал сначала асимметричные тела, однако, придав им естественное круговое движение, он наметил вектор совершенствования в симметричные. Мяч оказывается наиболее симметричной фигурой, ибо он выглядит всегда одинаково, как бы его ни поворачивали.
Наиболее явственно симметрия сказывалась в пространственных соотношениях. Такая наука, как кристаллография, может похвастаться формированием первых законов симметрии. В кристаллографии симметрия задает не только форму и число граней, ребер, но и внутреннее строение, выявлена связь между симметрией и свойствами кристаллов. К элементам симметрии были отнесены ось, центр и плоскость. Считается, что законы пространственной симметрии – одни из самых строгих законов природы. Пространственная симметрия фиксируется тогда, когда части геометрического объекта совпадают, будучи отраженными, либо относительно некоторой оси или плоскости, либо вокруг точки – центра симметрии. В общем плане симметрия указывает на наличие строго упорядоченных структур, она отражает существующий порядок, равновесие, устойчивость, пропорциональность и соразмерность между частями и целым.
Современная наука считает, что в основе симметрии лежит не только математическая идея, геометрия, но и физика микрочастиц. Изменение симметрии физических явлений может произойти в результате внешних воздействий, что приведет к асимметрии. Факторами нарушения симметрии могут быть радиация, температура, давление, воздействие электромагнитных полей. Явление асимметрии указывает на отсутствие эквивалентности двух состояний – например, причины и следствия, прошлого и настоящего. Асимметрия указывает на диспропорции в системе и, в конечном счете, на рассеяние энергии. Вместе с тем именно асимметрия мыслится как источник развития, эволюции, появления нового.
Функциональная асимметрия головного мозга – это эволюционное наследие человека. Правая рука выделилась как главная в эволюции человека. «Одно из полушарий мозга у правшей и части левшей – левое, – управляющее звуковой речью, стандартными символами, логическими умозаключениями и счетом, по своему происхождению оказывается моложе, чем другое (обычно правое), связанное главным образом с переработкой новых, в частности музыкальных и зрительных или пространственных образов»1. Левое полушарие часто называют доминантным, а правое – субдоминантным. Однако сегодня именно правое полушарие выполняет функцию поиска решений в новых ситуациях, которые не поддаются кодификации и сведению к алгоритму, тогда как левое имеет дело с рутинными процессами2.
Если говорить о современной трактовке симметрии в квантовой физике, то следует отличать первый этап применения принципа симметрия (от возникновения квантовой физики до начала Второй мировой войны). Его содержанием было изучение внешней геометрической симметрии, внутренней динамической симметрии, калибровочной симметрии, указывающей на инвариантность относительно масштабных преобразований. Второй, послевоенный этап длится от 40–50 гг. ХХ в. и до настоящего времени. Физики говорят о возможности спонтанного нарушения симметрии, идея чего зародилась в работах В. Гейзенберга, о возможности объединения внешних и внутренних симметрий. Программа «Великого объединения» как раз предполагала это объединение.
Наиболее общее определение симметрии звучит так: две системы точек называются взаимно симметричными, если расстояние между любыми двумя точками одной из них равно расстоянию между двумя соответствующими точками другой1. Симметрия говорит о зеркальности отношении. Считается, что фундаментальность принципа симметрии ограничивает число возможных вариантов природных структур, а также число возможных вариантов поведения различных систем.
Эволюцию форм органического мира иногда представляют в параметрах симметрии. Так, простейшие формы внутри однородной среды обладают наиболее высокой симметрией. При резко преобладающем влиянии среды ее симметрия полностью отпечатывается на подчиненном объекте. Организмы, живущие в морских глубинах, подвержены высокому давлению воды, имеют, как правило, плоскостную организацию. В формах растительного мира элементы собственной симметрии тела лишь частично совпадают с элементами симметрии внешней среды. В отношении царства живого любому организму можно приписать точечную или пространственную симметрию. Примечательно, что точечная симметрия свойственна организмам, ведущим кочевой образ жизни. Для живых организмов свойственна также дисимметрия – например, правши и левши, одна часть тела больше и лучше развита, чем другая. Примером асимметричных фигур может служить рука человека.
Двусторонняя зеркальная симметрия выступает типичным свойством живых организмов, ее можно проиллюстрировать на примере парных органов. Выделяется также функциональная симметрия, предполагающая отождествление функций симметричных органов. Асимметричные фигуры возникают в результате несовпадения элементов симметрии тела с элементами симметрии среды. Внешне симметричные полушария головного мозга различаются по своим функциям. Считается, что чем сильнее взаимодействие, тем точнее симметрия. В слабых взаимодействиях симметрия нарушается. Симметричность частиц и их взаимодействие сохраняется в законах сохранения. ХХ век показал, что органические соединения не имеют пространственной симметрии. Они образуют зеркальные пары подобно левому и правому ботинку.
Симметрия вносит ограничения многообразия возможных структур, поэтому при попытках отыскать точные законы ищут симметрию. В.И. Вернадский, высоко оценивая принцип симметрии, писал: «Новым в науке является не выявление принципа симметрии, а выявление его всеобщности».
- Содержание
- Предисловие
- Раздел I. Введение Глава 1 предмет, содержание и задачи учебного курса «концепции современного естествознания»
- Наука в системе мировоззрения и современного миропонимания
- Наука в системе культуры
- Концепции естествознания как фактор создания и изменения содержания научной картины мира
- Темы для докладов и рефератов
- Глава 2 естествознание в культуре современной цивилизации Понятие цивилизации, основные типы цивилизаций и их особенности
- Наука, культура, цивилизация
- Ценности цивилизации и ценности научной рациональности
- Естествознание как социокультурный феномен
- Естественнонаучное познание и философия
- Социальные функции естествознания
- Темы докладов и рефератов
- Глава 3 математика и естествознание. Основные концепции математики
- Темы докладов и рефератов
- Глава 4 химия и естествознание «Химический взгляд» на природу: истоки и современное состояние
- Основные структурные уровни химии и ее разделы
- Основные принципы и законы химии
- Химическая связь и химическая кинетика
- Темы докладов и рефератов
- Раздел II. Структура, методы и методология естествознания
- Глава 5
- Структура естественнонаучного познания, его уровни и методы
- Возможные классификации научного знания
- Исходный пункт структурирования научного знания
- Содержание понятия «чувственные данные»
- Особенности языка науки
- Особенности эмпирического и теоретического языка науки
- Способы конструирования идеального объекта. Отличие идеализированного объекта теории от абстрактного эмпирического объекта
- Предметность и объективность научного знания
- «Инструментализм» и «эссенциализм»
- Методы эмпирического познания
- Измерение как метод эмпирического познания
- Особенности процедуры измерения в социально-гуманитарном познании
- Научный эксперимент
- Специфика научных фактов
- Проблема теоретической «нагруженности» фактов. Крайности теоретизма и фактуализма
- Структура научного факта
- Методы обработки и систематизации фактуального эмпирического знания
- Познавательные функции мысленного эксперимента
- Содержание процедуры формализации
- Гипотетико-дедуктивный метод: достоинства и недостатки
- Методы теоретического воспроизведения исторически развивающегося объекта
- Проблемы логики и методологии науки
- Общенаучные методологические принципы
- Здравый смысл как социокультурное основание науки
- Научная картина мира
- «Научная картина мира» и основные исторические этапы развития науки
- Темы докладов и рефератов:
- Глава 6 научное объяснение, понимание и интерпретация явлений природы Объяснение как универсальная познавательная процедура
- Сильное и слабое объяснение
- Объяснение и понимание: различие и взаимосвязь
- Логическая структура понимания
- Понимание явлений природы
- Содержание понятия «герменевтический круг» и естествознание
- Процедура интерпретации
- Темы докладов и рефератов
- Глава 7 научная рациональность: особенности, способы существования и выражения Научная рациональность: специфика и типы
- Соотношение понятий «рациональное», «иррациональное», «внерациональное»
- Соотношение рационального и иррационального
- Рациональное, иррациональное: гносеологические истоки
- Соотношение рационального и иррационального (внерационального) в человеческой жизнедеятельности
- Темы докладов и рефератов
- Глава 8 рефлексия – форма развития самосознания науки Понятие и структура рефлексии
- Взаимосвязь философской и научной рефлексии
- Рефлексия и развитие форм самосознания науки
- Рефлексия и научная картина мира
- Функции рефлексии как формы развития самосознания науки
- Темы докладов и рефератов
- Раздел III. История и логика развития естествознания Глава 9 динамика развития естествознания. Зависимость изменчивости оснований науки от исторической практики
- Развитие естествознания как социального института и специфического вида человеческой деятельности
- Внутренняя логика развития естествознания
- Новое в науке и критерии научной новизны
- Темы докладов и рефератов:
- Глава 10 механистическая картина природы Понятие «научная картина мира». Становление и основные особенности первой научной картины мира
- Картины мира в истории человечества: мифологическая, религиозная, натурфилософская
- Исторические формы научной картины мира
- Механистическая картина мира
- Темы докладов и рефератов
- Глава 11 предпосылки неклассического естествознания; революция в естествознании конца XIX – начала хх вв. Предпосылки неклассического естествознания
- Революция в естествознании конца XIX – начала хх вв.
- Темы докладов и рефератов
- Глава 12 переход к постнеклассической картине мира
- Темы докладов и рефератов
- Глава 13 естествознание и научно-технический прогресс
- Техника как опредмеченное знание и наука
- Научно-технический прогресс
- Технологические перевороты в истории общества и их современная форма
- Технологические перевороты и логика развития общества
- Темы докладов и рефератов
- Раздел IV современные научные представления о материальных основах природы
- Глава 14
- Структурные уровни материи и типы материальных систем
- Представления о микро-, макро- и мегамирах
- Многообразие материальных систем
- Темы докладов и рефератов
- Глава 15 космологическая и космогоническая концепции Космология и космогония: понятие и общая характеристика
- Космологические модели Вселенной
- Формирование классической космологической модели
- Космологические парадоксы
- Релятивистская модель Вселенной
- Модель расширяющейся Вселенной
- Происхождение Вселенной – концепция Большого взрыва
- «Начало» Вселенной
- Ранний этап эволюции Вселенной
- Структурная самоорганизация Вселенной
- Рождение и эволюция галактик
- Рождение и эволюция звезд
- Дальнейшее усложнение вещества во Вселенной
- Состав Солнечной системы
- Образование Солнечной системы
- Темы рефератов и докладов
- Глава 16 космические исследования и научное познание Человек и космос: познание, освоение, гуманизация
- Геокосмический характер взаимодействия общества и природы
- Космизация современной науки
- Жизнь и разум во Вселенной. Проблема seti
- Темы докладов и рефератов:
- Роль принципа энтропии
- Симметрия и асимметрия
- Темы докладов и рефератов
- Глава 18 всеобщие законы природы и принципы естествознания Природа как сущность и уровни ее организации
- Частные и всеобщие законы Природы
- Физические «всеобщие» законы
- Изменчивость самой Природы
- О познаваемости окружающего мира
- Истина: феномен или ноумен?
- Принципы естествознания
- Принцип аналогии
- Принцип динамического равновесия
- Принципы симметрии
- Темы докладов и рефератов
- Раздел V. Жизнь и человек
- Глава 19
- Учение о жизни
- Современная биология и становление ее рациональности
- Становление рациональной биологии
- Сущность жизни и свойства живых организмов
- Основные концепции происхождения жизни
- Эволюционное учение. Дарвинизм
- Генетика и синтетическая теория эволюции. Коэволюция
- Темы докладов и рефератов
- Глава 20 место человека в природе к вопросу об эволюции и истоках человека
- Гениальное животное
- Периодичность в становлении человека как вида
- Культурные эпохи в истории становления человека, тыс. Лет
- Где прародина человечества?
- Периодичность истории развития человека. Ускорение эволюции культуры
- Генетические аспекты человека
- Ускоренная эволюция человека. Миф или реальность?
- Закономерно ли появление жизни и разума в развитии материи?
- Зигзаги развития
- Темы докладов и рефератов
- Глава 21 эволюция homo sapiens Происхождение человека
- Причины и движущие силы антропосоциогенеза
- Предшественники человека
- Древнейшие люди (архантропы)
- Древние люди (палеоантропы)
- Современные люди (неоантропы)
- Проблема эволюции человека на современном этапе
- Биологическое и социальное в сущности и существовании человека
- Темы докладов и рефератов
- Раздел VI. Наука в современном мире
- Глава 22
- Особенности современного развития естествознания
- Неклассический этап в развитии естествознания
- Постнеклассический этап в развитии естествознания
- Постмодернизм
- Концепция развития научного знания к. Поппера
- Концепция развития науки т. Куна
- Концепция развития науки и. Лакатоса
- Концепция развития науки п. Фейерабенда
- Темы докладов и рефератов
- Глава 23 личность ученого
- Темы докладов и рефератов
- Раздел VII. Приложение учебно-методический комплекс «концепции современного естествознания» программа курса «концепции современного естествознания»
- Предмет, социальные функции и задачи курса «Концепции современного естествознания»
- Тема 2 Структура, методы и методология естествознания. Особенности развития естествознания и его место в культуре, тенденции развития
- Тема 3 История и логика развития естествознания. Созерцательно-натуралистическая модель природы. Предпосылки становления науки и научной модели природы
- Тема 4. Современные естественнонаучные представления о материальных основах природы
- Тема 5. Учение о жизни
- Тема 6. Учение о человеке
- Тема 7. Современное развитие науки; проблемы развития современной российской науки
- Учебно-тематический план курса «Концепции современного естествознания»
- Учебники и учебные пособия
- Планы семинарских занятий Семинар 1. Особенности развития естествознания и его место в культуре
- Семинар 2. Структура естественнонаучного познания, его уровни и научный метод
- Семинар 3. Динамика науки как процесс порождения нового знания
- Семинар 4. Созерцательно-материалистическая модель природы; предпосылки становления науки и научной модели природы
- Семинар 5. Механистическая картина природы
- Семинар 6. Предпосылки неклассического естествознания. Революция в естествознании конца XIX – начала XX вв.
- Семинар 7. Неклассическая картина природы
- Семинар 8. Научные традиции и научные революции. Типы научной рациональности
- Тема 7. Структурные уровни, способы и формы бытия материального мира
- Тема 10. Космологические и космогонические концепции описания материального мира
- Тема 11. Порядок и беспорядок в природе, хаос, симметрия и асимметрия, эволюция материального мира
- Тема 12. Всеобщие законы природы и принципы естествознания
- Тема 13. Учение о жизни
- Тема 14. Учение о человеке (собеседование)
- Тема 15. Роль науки в реализации социально-экономического прогресса современного общества
- Тема 16. Современное развитие науки; проблемы развития современной российской науки
- Вопросы к экзаменам
- Тесты (для самостоятельной проработки) по курсу «Концепции современного естествознания»
- Словарь основных терминов
- Крупнейшие исследователи естествознания
- Сведения об авторах
- Авторский коллектив
- Концепции современного естествознания Учебное пособие
- 344002 Ростов н/д., ул. Пушкинская, 70
- 344000 Ростов н/д., ул. Красноармейская, 157. Тел. /факс: (863) 264-38-77