СИММЕТРИЯ И АССИМЕТРИЯ В ЖИВОЙ И НЕЖИВОЙ ПРИРОДЕ. СИММЕТРИЯ И АССИМЕТРИЯ. Понятие симметрии асимметрии

• Название: Понятие симметрии асимметрии
• Анкор: СИММЕТРИЯ И АССИМЕТРИЯ В ЖИВОЙ И НЕЖИВОЙ ПРИРОДЕ
• Дата: 31.03.2023
• Размер: 33.72 Kb.
• Имя файла: СИММЕТРИЯ И АССИМЕТРИЯ.docx
• Тип: Документы; #1027291

Оглавление

Введение 3

1.Понятие симметрии асимметрии 3

2.Симметрия – асимметрия: форма, функция и развитие 4

3.Симметрия и асимметрия в неживой и живой природе: различия 8

Заключение 11

Список литературы 12

Введение

Понятия симметрии и асимметрии являются одними из фундаментальных свойств природы. Поэтому научные исследования характера в значительной степени основываются на рассмотрении указанных понятий. Негласный лозунг физиков-теоретиков «правильная теория должна быть красивой» находит свое место в построении новых теоретических моделей и связан зачастую с симметричными представлениями.

Важно, однако, понимать, что симметрия и асимметрия не только универсальны, но и обычно представлены в объектах и системах одновременно. Утверждается, что одним из наиболее ярких проявлений закона единства и борьбы противоположностей является единство и борьба симметрии и асимметрии в структуре симметрии и в процессах, имеющих место в живой и неживой природе, что симметрия и асимметрия являются парными относительными категориями. Вероятно, лучше рассматривать это не столько как борьбу, сколько как особенность единства. Действительно, асимметрия без симметрии не существует, по крайней мере, в рамках отдельных объектов и систем. Асимметрия заметна лишь на фоне симметрии [5 c. 67].

1. Понятие симметрии асимметрии

Одно из определений понятий симметрии и асимметрии дал нидерландский физико-химик Якоб Хендрик Вант-Гофф (1852-1911).

Симметрия - понятие, отражающее существующий в природе порядок, пропорциональность и соразмерность между элементами какой-либо системы или объекта природы, упорядоченность, равновесие системы, устойчивость, т.е. некий элемент гармонии.

Асимметрия - понятие, противоположное симметрии, отражающее разупорядочение системы, нарушение равновесия и это связано с

изменением, развитием системы. Таким образом, из соображений симметрии

- асимметрии мы приходим к выводу, что развивающаяся динамическая система должна быть неравновесной и несимметричной. [3]

В ряде случаев симметрия является достаточно очевидным фактом. Например, для определенных геометрических фигур нетрудно увидеть эту симметрию и показать ее путем соответствующих преобразований, в результате которых фигура не изменит своего вида. Однако в общем смысле понятие симметрии гораздо шире и ее можно понимать как неизменность (инвариантность) каких-либо свойств объекта по отношению к преобразованиям, операциям, выполняемым над этим объектом. Причем это может быть не только материальный объект, но и закон, математическая формула или уравнения, в том числе и нелинейные, которые играют большую роль в самоорганизующихся процессах.

2. Симметрия – асимметрия: форма, функция и развитие

Сложность выявления диалектики симметрии – асимметрии и в том, что нигде в природе не наблюдается идеальной симметрии. Мы уже говорили о том, что в природе вообще нет ничего идеального и, полагаем, не может быть; встречаются только приближения к этому.

Идеальные объекты есть абстракция нашего ума, стремящегося все разложить по разным полочкам, особенно усилилось стремление к абстрагированию в связи с развитием науки. Любая система в малых количествах содержит сотни недоступных для обнаружения веществ, причем многие из них присутствуют в виде наночастиц, которые трудно (а иногда и невозможно) определить. Отсутствие идеальных объектов, то есть полностью однородных как по составу, так и по характеру свойств частиц, в природе неслучайно, структурно и энергетически они крайне невыгодны. Такие объекты хороши для философских размышлений или физических абстракций (вроде абсолютно черного тела), но без примесей, инородных вкраплений,

присутствия антагонистических элементов, словом, хоть «щепотки» инородности; такие объекты абсолютно безжизненны и тем более не эволюционные. Напомним, что мы формулировали правило важности неоднородностей и флуктуаций, согласно которому, в абсолютно равномерной системе не будет развития (и даже движение будет ограниченным). Согласно ему, для эволюционного изменения (даже в рамках типичной трансформации без качественного эволюционного роста) часто требуется возникновение критической неоднородности, которая способна стать ядром изменений. Абсолютная гомогенность делает невозможными эволюционные процессы. Наличие какой-либо разницы, даже небольшой, способно запустить процессы перегруппировки вещества или элементов совокупности. А на этой базе возникают иная структура и иной порядок. В этом плане асимметричность и выступает той неоднородностью, которая позволяет развиваться. И подобно тому, как в физике движение абсолютно, а покой относителен, симметрия относительна, а асимметрия – абсолютна. Недаром П. Кюри сформулировал принцип: асимметрия порождает физические процессы. А. Лима-де-Фариа, говоря о роли симметрии и асимметрии, пишет, что наблюдения, сделанные Пастером и Кюри, показывают:

1. 
   асимметрия порождает функцию;
   
2. 
   симметрия исключает ее.
   

Недавно обнаружили, что в таком фундаментальном биологическом процессе, как фотосинтез, асимметрия является обязательной предпосылкой функции. В итоге он формулирует постулат: асимметрия порождает функцию, а симметрия создает форму. Другими словами, если данная система в состоянии симметрии порождает некую форму, то та же система в условиях асимметрии порождает функцию. По сути, он разворачивает один из важных примеров закона единства и борьбы противоположностей. Дело в том, говорит он, что жизнь и существование вообще суть динамические

процессы, в которых всегда проявляется функция. Форма и функция – это два полюса неизменно противоречивого состояния. Его симметрия постоянно нарушается, возникающая асимметрия также постоянно преодолевается с возвращением к симметричным условиям. Плодами этого изначального и постоянного противоречия являются вещества, минералы и живые организмы. Далее ученый делает следующие выводы. Структура есть состояние материи, взятой в отрыве от динамической, функциональной стороны ее бытия. Она сопряжена с наличием симметрии. Функция проявляется в том случае, когда некая последовательность событий не может осуществляться без участия данной структуры. Можно утверждать, что фермент выполняет свою функцию в реакции в том случае, если она протекает в его присутствии и практически не происходит без него. Функция есть поток энергии между двумя или несколькими структурами. Она приводит к канализации динамических процессов. Непременной характеристикой этого состояния представляется асимметрия. Все вещество включено в систему энергетического обмена, поэтому трудно разделить форму и функцию. Объект может быть симметричным, система, как правило, нет. Развивая эту мысль, перейдем к обсуждению важных идей [1 c. 131-135].

Объект – это форма, а система – это структура, в рамках которой осуществляются функции. Особенно важным является исследование симметрии у кристаллов. Симметрия является главным свойством всякого кристалла. Применение законов симметрии составляет основу всех кристаллографических методов, что и делает кристаллографию самостоятельной наукой. Однако кристаллы – не слишком сложные объекты. Когда объект представляет собой действительно сложную систему, он тоже, как правило, не является полностью симметричным, что мы и увидим на примере планет. Как уже было сказано, дело в том, что в системе должен быть источник движения и энергии, а он кроется в разнородности, в том числе в асимметрии (в той или иной степени). Чем более неравновесная

система, чем сложнее она, тем, возможно, сильнее асимметричность – но только в некоторых аспектах, тогда как в других может господствовать симметрия. Последняя тесно связана с паттерном двоичности (парности, что делает систему более прочной). Неудивительно, что симметричность и парность некоторых частей (органов) тесно объединенные. В самом деле, у высших организмов многие важнейшие органы и члены парные, более или менее симметричны, хотя обычно некоторая асимметричность может наблюдаться (правые конечности сильнее и больше левых и т. п.). Очевидно, что парность симметричность внутренних органов и органов чувств имеет целью страховку организма от повреждения жизненно важных частей. Мы уже говорили, что в природе абсолютно чистых явлений и качеств почти нет, но человек стремится рафинировать характеристики, добиваясь, все большей концентрации определенного качества. Это же касается и симметрии в математике, искусстве, архитектуре и т. п. Поэтому асимметрия могла рассматриваться как отступление от красоты. Что касается непосредственно общества или его институтов, то здесь примеры симметричности привести сложнее. Скорее, здесь действовал принцип матрицы (или подобия), если происходило выстраивание каких-то органов, институтов, организаций на периферии, в колониях и т. п. Определенная симметричность могла иметь место в построении крепостей, структуре войск и прочего (правый и левый фланги и т. п.), но далеко не всегда. Начиная с пифагорейцев (а скорее, и намного раньше них) симметричность стала рассматриваться как основа красоты и порядка, гармонии, которая в целом присуща природе (тем более замыслу творца). Однако по сегодняшним представлениям это не так. Природа менее симметрична, чем можно было бы ожидать исходя из уравнений классической и квантовой физики, считает, например, И. Пригожин. Симметричность нередко рассматривается как отражение степени упорядоченности системы. В частности, В. Готт полагал, что симметрия – понятие, которое отражает существующий в природе порядок,

пропорциональность и соразмерность между элементами какой-либо системы или объекта природы, упорядоченность, равновесие системы, устойчивость, то есть, если угодно, некий элемент гармонии. Исследователь симметрии Г. Вейль полагал, что состояние равновесия должно быть симметричным. Но если вдуматься, то мы придем к выводу, что такая порядочность системы может быть только в гомеостазе, то есть это смертельная ситуация для эволюции. Состояние же равновесия Роль симметрии и асимметрии или случайно, или характерно лишь для систем, которые уже не способны развиваться, но какое-то время могут поддерживать равновесие, прежде чем умрут. А развивающаяся и динамическая система должна быть неравновесной и несимметричной. И это важно понимать, поскольку эпистемологически человеческий ум стремится к совершенству, чистоте и упорядоченности, которой в природе нет и быть не может. Непонимание этого порой вызывает удивление, когда в каких-то случаях «строгие» и «вечные» законы, оказываются, не столь строги и не столь универсальны. Также можно согласиться, что появление неравномерности является признаком возможности самоорганизации [4 c. 202-204].

3. Симметрия и асимметрия в неживой и живой природе: различия

Существует точка зрения, что для неживой природы характерно преобладание симметрии, при переходе от неживой к живой природе на микроуровне преобладает асимметрия. Действительно, органические молекулы асимметричны в отличие от неорганических. Но важно иметь в виду, что органические молекулы широко распространены и в неживой природе. И молекулы органических веществ там имеют ярко выраженный асимметричный характер. Кроме того, асимметрия очень широко представлена также в других объектах и на других уровнях в неживой

природе, о чем мы будем говорить ниже. Стоит, тем не менее, сказать несколько слов о том, чем отличаются молекулы живого вещества от молекул неживой природы, как неорганических, так и органических. Точнее говорить, что органические молекулы (как живого, так и неживого вещества) в отношении симметрии существенно и качественно отличаются от неорганических. А органические молекулы живого вещества имеют свои отличия от молекул органического неживого вещества. Отличие молекул

«живых веществ» от молекул «неживых веществ» в какой-то мере связано с симметрией, точнее, с зеркальной симметрией. Если рассмотреть пример зеркального изображения двух молекул неорганического вещества воды и органического, но «неживого» вещества – бутилового спирта, то принципиальное различие проявляется в том, что молекула Н2O зеркально симметрична, а молекула спирта зеркально асимметрична. «Левая» и

«правая» молекулы не совпадают, как левая и правая руки человека. Само свойство зеркальной асимметрии носит название хиральности. Итак, наличие хиральности – это отличие между органическими и неорганическими молекулами. Однако «неживые» хиральные молекулы мы равновероятно встречаем и в левом, и в правом варианте, а «живые» – только или в левом, или в правом. В этом смысле молекулы живых организмов хирально чисты. Так, ориентация ДНК-спирали всегда правая. А Луи Пастером было установлено, что все аминокислоты и белки, входящие в состав живых организмов, являются «левыми», то есть отличаются оптическими свойствами. Неслучайно в свое время Л. Пастер, а затем и В. И. Вернадский предлагали на этом принципиальном различии провести раздел между живой и неживой природой. Таким образом, принимая во внимание, что органические молекулы очень широко распространены именно в неживой природе, можно предположить, что, поскольку они стали основой живой природы, это усилило (или сделало более четкой) асимметричность живых организмов. Предполагают, что основополагающим признаком

возникновения и развития жизни и является способность живых организмов извлекать и конструировать из симметричных и хирально нечистых молекул окружающей среды хирально чистые молекулы, необходимые для живого организма. И скорее всего, это результат особенностей эволюции и исторического развития, вследствие чего закрепилась та или иная чистота (левосторонняя или правосторонняя) хиральности.

Современная наука доказала, что в живых организмах, как и в кристаллах, изменениям в строении отвечают изменения свойств. Думается, что это верно и для неорганической природы (но в меньшем масштабе) [2 c. 155-157].

Заключение

Симметрия и асимметрия – это две полярные характеристики объективного мира. Фактически в природе нет чистой (абсолютной) симметрии или асимметрии. Эти категории – противоположности, которые всегда находятся в единстве и борьбе. Там, где ослабевает симметрия, возрастает асимметрия, и наоборот. На разных уровнях развития материи ей свойственна то симметрия, то асимметрия. Однако эти две тенденции едины, а их борьба носит абсолютный характер. Эти категории тесно связаны с понятиями устойчивости и неустойчивости систем, порядка и беспорядка, организации и дезорганизации, отражающими свойства систем и динамику развития, а также взаимосвязь между динамическими и статическими законами.

Полагая, что равновесие есть состояние покоя и симметрии, а асимметрия приводит к движению и неравновесному состоянию, можно считать, что понятие равновесия играет в биологии не менее важную роль, чем в физике. Принцип устойчивости термодинамического равновесия живых систем характеризует специфику биологической формы движения материи. Именно устойчивое динамическое равновесие (асимметрия) является ключевым принципом постановки и решения проблемы происхождения жизни.

Список литературы

1. 
   Бордовский, Г. А. Физические основы естествознания: учеб. пособие для академического бакалавриата / Г. А. Бордовский. - 3-е изд., испр. и доп. - М. : Издательство Юрайт, 2019. - 226 с.
   
2. 
   Валянский, С. И. Концепции современного естествознания: учебник и практикум для академического бакалавриата / С. И. Валянский. — М.: Издательство Юрайт, 2019. - 367 с.
   
3. 
   Горелов, А. А. Концепции современного естествознания: учеб. пособие для СПО / А. А. Горелов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Издательство Юрайт, 2019. - 355 с.
   
4. 
   Гусейханов М. К. Естествознание: учебник и практикум для СПО
   

/ М. К. Гусейханов. - 8-е изд., перераб. и доп. - М.: Издательство Юрайт, 2017. - 442 с.

5. 
   Еремченко О. З. Учение о биосфере: учеб. пособие для академического бакалавриата / О. З. Еремченко. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Издательство Юрайт, 2017. - 236 с.