«СИММЕТРИЯ И АСИММЕТРИЯ В ЖИВОЙ И НЕЖИВОЙ ПРИРОДЕ». Симметрия и асимметрия в живой и неживой природе. Симметрия и асимметрия в живой и неживой природе
 Скачать 111.16 Kb.
|
|
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого Инженерно-строительный институт Высшая школа дизайна и архитектуры Реферат На тему: «Симметрия и асимметрия в живой и неживой природе» Дисциплина: «Концепции современного естествознания» Выполнила: студентка гр. 3135401/10003 Пряникова А.С. Преподаватель: Руль Н.И. Санкт-Петербург 2022 ПЛАН: ВВЕДЕНИЕ 1. ТЕРМИНОЛОГИЯ 2. ВИДЫ СИММЕТРИЙ 3. АСИММЕТРИЯ В РАЗВИТИИ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ 4.1. РЕШЁТКИ БРАВЕ ЗАКЛЮЧЕНИЕ ЛИТЕРАТУРА ВВЕДЕНИЕ Симметрия это основополагающее свойство природы, представление о котором, как говорил академик В. И. Вернадский , «слагалось в течение десятков, сотен, тысяч поколений".[1] «Изучение археологических памятников показывает, что человечество на заре своей культуры уже имело представление о симметрии и осуществляло ее в рисунке и в предметах быта. Надо полагать, что применение симметрии в первобытном производстве определялось не только эстетическими мотивами, но в известной мере и уверенностью человека в большей пригодности для практики правильных форм». Это утверждение другого умного человека, потратившего на изучение симметрии всю свою жизнь, академика А. В. Шубникова. – Первоначальное понятное о геометрической симметрии как о гармонии пропорций, как о «соразмерности » , что означает слово «симметрия » ,в переводе с греческого, со временем обрело универсальный окрас и было воспринято как всеобщая идея неизменности по отношению к некоторым преобразованиям. [1] И получается, что геометрический объект или физическое явление будут считаться симметричными, при условии ,что после какого-либо действия ,произведённого над ними, они будут прежними, неизменными. К примеру, снежинка, будучи повернутой на 73°, будет в первоначальном положении, а рингтон вашего телефона будет одинаково гудеть совершенно в любом месте, будь то улица или помещение. Так, первый пример говорит о таком понятии, как геометрическая симметрия — поворотная, а второй даёт понятие о физической симметрии — изотропность и однородность пространства. Подчиняясь физической симметрии все физические объекты и приборы (в том числе и телефон) одинаково функционируют в разных точках пространства, с условием, что, не меняются физические окружающие условия.Таким образом, не только симметричные формы везде нас окружают , но и разнообразные биологические и физические гравитационные законы, магнетизма и электричества , ядерных взаимодействий, наследственности наполнены общим для них всех принципом симметрии. «Новым в науке явилось не выявление принципа симметрии, а выявление его всеобщности » ,— отмечал Вернадский. Итак, наука преодолела путь от осознания симметрии геометрических тел к пониманию симметрии физических явлений. Так, в современном значении симметрия — это философская общенаучная категория, которая характеризует структуру организации систем. Важным свойством симметрии является инвариантность (сохранение тех или иных признаков, геометрических, физических, биологических и т.д. ) по отношению к вполне определенным преобразованиям. 1. ТЕРМИНОЛОГИЯ Во всех случаях, когда отрезки прямой, плоские фигуры или пространственные тела были подобными, но без дополнительных действий совместить их было нельзя, «практически » нельзя, мы встречались с явлением симметрии. Эти элементы соответствовали друг другу, как картина и ее зеркальное отражение. Как левая и правая рука. Если мы возьмем на себя труд заглянуть в «Современный словарь иностранных слов » , то обнаружим, что под симметрией понимается «соразмерность, полное соответствие в расположении частей целого относительно средней линии, центра... такое расположение точек относительно точки (центра симметрии), прямой (оси симметрии) или плоскости (плоскости симметрии), при котором каждые две соответствующие точки, лежащие на одной прямой, проходящей через центр симметрии, на одном перпендикуляре к оси или плоскости симметрии, находятся от них на одинаковом расстоянии... » [2] В отличие от техники или искусства , в природе красота не создаётся, а только лишь фиксируется и выражается. Среди огромного многообразия форм живой и неживой природы в избытке встречаются такие совершенные образы, вид которых неизменно приковывает наше внимание. К числу таких образов относятся некоторые кристаллы, многие растения. [3] В конформной (круговой) симметрии главным преобразованием будет инверсия относительно сферы. Для наглядности возьмём круг радиуса R с центром в точке O. Инверсия этой окружности определяется как такое преобразование симметрии, которое любую точку P переводит в точку P', лежащую на продолжении радиуса, проходящего через точку P на расстоянии от центра: OP'=R2 / OP Поговорим, о зеркальной симметрии. [4] Несложно установить, что каждая симметричная плоская фигура может быть при помощи зеркала совмещена с самой собой. Примем по внимание, что такие непростые фигуры, как пятиконечная звезда или равносторонний пятиугольник, тоже симметричны. Как это вытекает из количества осей, они различаются именно высокой симметрией.Несимметрична и спираль. В то время как симметричные фигуры абсолютно полностью идентичны своему собственному отражению, несимметричные будут отличаться: из спирали, закручивающейся слева направо, в зеркале получится спираль, закручивающаяся справа налево. Если вы расположите буквы перед зеркалом, разместив их параллельно строке, то заметите, что те из них, у которых ось симметрии проходит горизонтально, можно прочесть и в зеркале. А вот те, у которых ось расположена вертикально или отсутствует вовсе, становятся невозможными к прочтению.[4] Как выражение архитектурного замысла используют оси в архитектуре. В технике оси симметрии наиболее четко обозначаются там, где требуется оценить отклонение от нулевого положения, например на руле грузовика или на штурвале корабля. Симметрия проявляется в различных структурах и явлениях неживой и живой природы. В мир неорганической природы прелести симметрии вносят кристаллы. Абсолютно каждая снежинка- это маленький кристалл замерзшей воды. Снежинки могут принимать абсолютно разнообразные формы, но все они обладают симметрией - поворотной симметрией 6-го порядка и, кроме того, зеркальной симметрией. [4] А что такое кристалл? Твердое тело, имеющие естественную форму многогранника. Характерная особенность того или иного вещества состоит в постоянстве углов между соответственными гранями и ребрами для всех образов кристаллов одного и того же вещества. Для каждого подобного вещества существует своя, принадлежащая только ему совершенная форма его кристалла. Эта форма наделена свойством симметрии т.е. свойством кристаллов совмещаться с собой в различных положениях путём поворотов, отражений, параллельных переносов. Среди элементов симметрии различаются оси симметрии, плоскости симметрии, центр симметрии, зеркальные оси. [5] Симметрия внешней формы кристалла является результатом его внутренней симметрии - упорядоченного взаимного расположения в пространстве атомов ( молекул). Винтовая симметрия. В пространстве существуют тела, обладающие винтовой симметрией, т.е. совмещаемые со своим первоначальным положением после поворота на какой-либо угол вокруг оси, дополненного сдвигом вдоль той же оси. Если данный угол поделить на 360 градусов - рациональное число, то поворотная ось оказывается также осью переноса 2.ВИДЫ СИММЕТРИИ Так, мне известны такие виды симметрии в природе как: -Сферическая – тип симметрии, при которой вид тела при вращении в пространстве на произвольные углы не изменяется . -Двусторонняя (билатеральная)-тип симметрии при которой правая и левые стороны выглядят одинаково, относительно какой-либо плоскости. -Трансляционная-тип симметрии, при которой свойства рассматриваемой системы не изменяются при сдвиге на определённый вектор, который называется вектором трансляции. -Аксиальная (радиальная, осевая)-вид движения, при котором множеством неподвижных точек будет являться прямая ,которая называется осью симметрии. -Зеркальная-это симметрия, при которой объект при отражении переходит в себя. 3. АСИММЕТРИЯ В РАЗВИТИИ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ Собственно говоря, симметрия и асимметрия должны бы взаимно исключать одна другую — как черное и белое или как день и ночь. Так оно и происходит на самом деле, пока симметрия или ее антипод рассматриваются по отношению к одному и тому же телу. Тот факт, что растворы оптически активных веществ вращают плоскость поляризации в точности так же, как кристаллы, однозначно доказывает, что само кристаллическое состояние не может служить причиной этого явления. Ведь в растворе кристаллов нет. Связанные между собой асимметричные цепи образуют либо левый, либо правый кристалл. Соответственно они оказывают оптическое влияние на свет. У водорастворимых кристаллов органических соединений зеркальная симметрия молекул прослеживается как в твердом, так и в растворенном состоянии. Известно, что все системы могут находиться либо в устойчивом, либо в неустойчивом состояниях. У устойчивых динамических систем небольшие изменения начальных условий порождают небольшие эффекты. Но у обширного класса динамических систем (как правило, сложных) небольшие возмущения начальных условий со временем усиливаются. В том мире, в котором мы живем, флуктуации, бифуркации и неустойчивости встречаются на всех уровнях иерархических систем. Такие пространственно-временные структуры являются диссипативными. За точкой бифуркации у систем появляются новые свойства. В частности, у таких систем две траектории состояния со временем могут разойтись на любое расстояние. Это распределение траекторий для неустойчивых диссипативных систем носит экспоненциальный характер, описываемый временем Ляпунова. Для неустойчивых диссипативных систем законы динамики формулируются на статистическом уровне. В статистической формулировке основными понятиями являются не траектории и волновые функции, а вероятности и точки корреляций, то есть имеет место динамика корреляций. В природе встречаются как обратимые, так и необратимые во времени процессы. Необратимые процессы – это правило, а обратимые– исключение. Необратимые процессы имеют направление во времени. Для необратимых процессов старение – это эволюция во времени. Эволюция в природе связана с ростом энтропии во времени, согласно второму началу термодинамики. Анализ приведенных постулатов показывает, что время в трех модусах изменяется по-разному. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Симметрия, проявляясь в самых различных объектах материального мира, несомненно, отражает наиболее общие, наиболее фундаментальные его свойства. Поэтому исследование симметрии разнообразных природных объектов и сопоставление его результатов является удобным и надежным инструментом познания основных закономерностей существования материи. Например, исследование симметрии Земли как планеты в цепом позволяет систематически и с соответствующей детальностью проанализировать динамику формирования фигуры Земли, т. е. рассмотреть качественную и количественную роль различных силовых полей, воздействие которых определяет эту фигуру. К сожалению, этот вопрос мы смогли представить лишь в самом обобщенном виде. Асимметрия - понятие, противоположное симметрии, отражающее разупорядоченную систему, нарушение равновесия и это связано с изменением, развитием системы. Таким образом и из соображений симметрии-асимметрии мы приходим к выводу, что развивающаяся динамическая система должна быть не уравновешенной и несимметричной. С помощью асимметрии времени в модусах «прошлое – настоящее – будущее » можно подвергнуть анализу целый ряд следующих составляющих: устойчивость и неустойчивость динамических систем, их диссипативности структуры и бифуркаций, динамику корреляций, траекторий и ансамблей при описании необратимых процессов, аттракторов в описании временной эволюции, а также свойств интеграции и эргономики. Применение законов и методики симметрии к исследованию тектонических и других геологических структур может помочь выявлению и систематизации закономерностей размещения этих структур. Оно облегчит также понимание физической природы выявленных закономерностей и механизма формирования структур, т. е., в конечном счете, теоретическое истолкование структурного материала. И так, помимо функциональности и необходимости для жизни живых организмов в природе , понятие «симметрия» несёт в себе ещё и эстетические качества . Симметричные тела выглядят красивыми, «правильными».Древние греки считали вселенную прекрасной ,потому что она симметрична(спиральная симметрия).Все симметричные объекты, в своём роде идеальные, совершенные.Асимметричные же тела тоже по-своему прекрасны и уникальны, но уже не будут иметь идеальную форму . ЛИТЕРАТУРА: [1] Шафрановский И. И. // Симметрия в геологии -1975. С.168 // https://www.geokniga.org/books/9196 [2] Вернадский В. И. // Размышления натуралиста. Пространство и время в живой и неживой природе. - 2012 - 173 с // https://platona.net/load/knigi_po_filosofii/istorija_russkaja/vernadskij_filosofsk ie_mysli_naturalista/15-1-0-859 [3] Егорова Т. В. // Словарь иностранных слов современного русского языка - 2014. 607 с. // https://enc.biblioclub.ru/Encyclopedia/241871 [4] Наварро Хоакин // Зазеркалье. Симметрия в математике – 2014. С. 53 // https://www.litmir.me/bpr/?b=257562 [5] Пидоу Дэн // Геометрия и искусство - 2009. C. 239 // http://padabum.com/d.php?id=49214 |