Реферат по КСЕ на тему Принципы симметрии

Молекулярная асимметрия открыта Л.Пастером, который первым выделил "правые и "левые" молекулы винной кислоты: правые молекулы похожи на правый винт, а левые на левый. Такие молекулы химики называют стереоизомерами. Молекулы-стереоизомеры имеют одинаковый атомный состав, одинаковые размеры, одинаковую структуру - в то же время они различимы, поскольку являются зеркально асимметричными, т.е. объект оказывается нетождественным со своим зеркальным двойником. Поэтому здесь понятия "правый-левый" - условны.

В настоящее время хорошо известно, что молекулы органических веществ, составля­ющие основу живой материи, имеют асимметричный характер, т.е. в состав живого вещества они входят только либо как правые, либо как левые молекулы. Таким образом, каждое вещество может входить в состав живого только в том случае, если оно обладает вполне определенным типом симметрии. Например, молекулы всех аминокислот в любом живом организме могут быть только левыми, сахара - только правыми. Это свойство жи­вого вещества и его продуктов жизнедеятельности называют дисимметрией. Оно имеет совершенно фундаментальный характер. Хотя правые и левые молекулы неразличимы по химическим свойствам, живая материя их не только различает, но и делает выбор. Она отбраковывает и не использует молекулы, не обладающие нужной ему структуры. Как это происходит, пока не ясно. Молекулы противоположной симметрии для нее яд. Если бы живое существо оказалось в условиях, когда вся пища была бы составлена из молекул противоположной симметрии, не отвечающей дисимметрии этого организма, то оно погибло бы от голода. В неживом веществе правых и левых молекул поровну. Дисим-метрик - единственное свойство, благодаря которому мы можем отличить вещество биогенного происхождения от неживого вещества. Мы не можем ответить на вопрос, что такое жизнь, но имеем способ отличить живое от неживого.

Таким образом, асимметрию можно рассматривать как разграничительную линию меж­ду живой и неживой природой. Для неживой материи характерно преобладание симмет­рии, при переходе от неживой к живой материи уже на микроуровне преобладает асим­метрия. В живой природе асимметрию можно увидеть всюду. Очень удачно это подметил в романе "Жизнь и судьба" В.Гроссман: "В большом миллионе русских деревенских изб нет и не может быть двух неразличимо схожих. Все живое неповторимо. Не мыслимо тождество двух людей, двух кустарников шиповника... Жизнь глохнет там, где насилие стремится стереть ее своеобразие и особенности".

Симметрия и асимметрия составляют единство, они взаимосвязаны друг с другом, как две стороны одной медали. Нельзя представить полностью симметричный мир, так же как и невозможно помыслить о мире, вообще лишенном симметрии. Симметрия лежит в основе вещей и явлений, выражая нечто общее, свойственное разным объектам, тогда как асимметрия связана с индивидуальным воплощением этого общего в конкретном объекте.

На принципе симметрии основан метод аналогий, предполагающий отыскание общих свойств в различных объектах. На основе аналогий создаются физические модели различ­ных объектов и явлений. Аналогии между процессами позволяют описывать их общими уравнениями. Принципы симметрии лежат в основе теории относительности, квантовой механики, физики твердого тела, атомной и ядерной физики, физики элементарных ча­стиц. Разработан метод решения задач из соображений симметрии.

Принципы симметрии выражают наиболее общие свойства природы, они имеют более общий характер, чем законы движения. Поэтому проверка принципов симметрии всегда интересовала физиков, а поиск новых симметрии составляет одну из задач физики вообще. Поиски новых свойств симметрии — это вместе с тем поиски и новых законов сохранения. Наши представления о симметрии устанавливаются путем обобщения опытных данных. Некоторые симметрии оказываются только приближенными. С другой стороны, обобщая опыт, мы открываем новые законы сохранения и, следовательно, новые принципы симмет­рии.

Существует точка зрения, согласно которой в нашем познании о мире есть три ступени:

уровень явлений или событий, законов природы и принципов симметрии, поднимаясь на которые мы глубже и дальше познаем природу, лучше ее понимаем. Уровень явлений самый элементарный. Это все, что происходит в мире: движение тел, столкновения частиц, поглощение и излучение света и много других явлений. С первого взгляда кажется, что между ними нет ничего общего. Однако при более внимательном рассмотрении мы обнаруживаем, что между явлениями имеются определенные взаимосвязи, которые и называют законами. В принципе, если бы мы располагали полной информацией обо всех явлениях и событиях в мире, то нам законы были бы не нужны. С другой стороны если бы мы знали все законы или один всеобъемлющий закон природы, то свойства инвариантности этих законов не давали бы ничего нового. Но, к сожалению, нам не известны даже большинство законов природы. Поэтому познание свойств симметрии, как писал Е.Вигнер "состоит в наделении структурой законов природы или установлению между ними внутренней связи, так же как законы устанавливают структуру или взаимосвязь мире явлений. "Поэтому говорят, что если законы управляют явлениями, то принципы симметрии - это законы физических законов. Таким образом, можно сказать, что сим­метрия характеризует собой эпоху синтеза, когда разрозненные знания сливаются в единую, целостную картину.

Выявление различных симметрии в природе, а иногда и постулирование их, стало од­ним из методов теоретического исследования микро-, макро - и мегамира. Законы приро­ды позволяют предсказывать явления, а принципы симметрии - открывать законы природы. Например, уравнения Максвелла в электродинамике получены на основании симметрии между электрическими и магнитными явлениями. Д.Максвелл исходил из убеждения, что взаимодействие электрического и магнитного полей должны быть сим­метричными и поэтому ввел в свои уравнения дополнительное слагаемое, учитывающее это обстоятельство. Уверенность в симметрии законов природы привела его в выводу о су­ществовании электромагнитных волн. То же самое можно сказать, что идея А.Эйнштейна, приведшая его к созданию теории относительности, опиралась на уверенность в глубокой симметрии природы, которая должна одновременно охватывать механические, электро­магнитные и все другие явления.

О.Мороз в книге "В поисках гармонии" пишет: "Физики гонятся за симметрией по­добно тому, как путники преследуют в пустыне ускользающий мираж. Вот возникла на горизонте прекрасная манящая картина, но как только вы попытаетесь к ней приблизить­ся, она исчезает,оставляя чувство горечи."

Список литературы:

1) Грушевицкая Т. Г. , Садохин А. П. - Концепции современного естествознания. М. , “ Высшая школа “ , 1998.

2) Горелов А. А.- Концепции современного естествознания. М. , ЦЕНТР, 2003.

3) Рузавин Г. И .- Концепции современного естествознания. М. , ЮНИТИ, 2002