Симметрия вокруг нас

Симметрия вокруг нас

Клубков Владислав

8 Б класс, МОУ «СОШ № 93»

Г. Саратов

Что же такое симметрия? Какой глубокий смысл заложен в этом понятии?

Почему симметрия буквально пронизывает весь окружающий нас мир?

Ответы на эти вопросы каждый из нас может получить, прочитав данный реферат.

 Материал моего реферата распадается на две части. В первой части работы  рассматривается симметрия положений, форм, структур. Это та симметрия, которую можно непосредственно видеть. Она может быть названа геометрической симметрией. Во второй части моего реферата рассматривается симметрия физических явлений и законов природы. Эта симметрия лежит в самой основе естественнонаучной картины мира; её можно назвать физической симметрией.

А вы смогли бы привести немало примеров, демонстрирующих правильность формы (симметричность) объектов или предметов, созданных человеком? Отвечая на этот вопрос, хочется отметить прежде всего, архитектурные ссоружения. Например, здание Большого театра в Москве. Практически все транспортные средства, начиная с телеги и кончая реактивным лайнером.

Предметы домашнего обихода (мебель, посуда). Некоторые музыкальные инструменты: обычная гитара, скрипка, барабан…

Кто не любовался симметричными формами снежинок, кристаллов, листьев, цветов? Симметричны животные, рыбы, птицы, насекомые. Симметрично человеческое тело. Действительно, симметричные объекты окружают нас буквально со всех сторон. Не только объекты. Симметрия присутствует также в регулярности смены дня и ночи, времен года. Она проявляется в ритмическом построении стихотворения. Фактически мы имеем дело с симметрией везде, где наблюдается какая-либо упорядоченность. Симметрия, понимаемая в самом широком смысле, противостоит хаосу, беспорядку.

Термин  « симметрия » по-гречески означает «соразмерность, пропорциональность, одинаковость в расположении частей». Математически строгое представление о симметрии сформировалось сравнительно недавно – в ХIХ веке. В наиболее простой трактовке (по Г. Вейлю) современное определение симметрии выглядит примерно так: симметричным называется такой объект, который можно как-то изменять, получая в результате то же, с чего начали.

Можно сказать, что существуют три последовательные ступени в нашем знании о мире. На низшей ступени находятся явления; на следующей ступени – законы природы; наконец, на третьей ступени – принципы симметрии. Законы природы управляют явлениями, а принципы симметрии управляют законами природы. Если законы природы позволяют предсказывать явления, то принципы симметрии позволяют предсказывать законы природы. Главенствующую роль принципов симметрии предопределяет в конечном счете фактическое присутствие симметрии во всем, что нас окружает.

Принципы симметрии играют исключительно важную роль в великом таинстве, именуемом научным познанием мира. Любая научная классификация основана на выявлении свойств симметрии классифицируемых объектов.

Объекты или явления группируют по общности их свойств, сохраняющейся при определённых преобразованиях.

 Яркий пример – периодическая система элементов, предложенная великим русским химиком Д.И.Менделеевым (1834 – 1907). От периода к периоду сохраняется общность свойств элементов, входящих в один и тот же столбец таблицы Менделеева, например, лития, натрия, калия, рубидия, цезия. Характер изменения свойств элементов в пределах периода является общим для разных периодов.

Соображения симметрии лежат в основе всех классификаций.

Кристаллы, например, классифицируют по типу симметрии кристаллической решетки, по свойствам межатомных сил связи, по электрическим и иным свойствам. Классификация атомов основывается на общности и различиях в структуре их спектров излучения.

Когда мы смотрим на нагромождения камней у подножия горы, на неправильную линию холмов на горизонте, на причудливые извивы берегов реки или озера, на фантастические формы облаков, у нас может возникнуть мысль, что симметрия в неорганическом мире – отнюдь не частый гость.

И в то же время встречается точка зрения, что симметрия и строгая точность холодна и враждебна живому. Наверное, не случайно безжизненный замок

Снежной королевы из известной сказки Андерсена часто изображают как в высшей степени симметричное сооружение, сверкающее отполированными зеркальными гранями правильных форм. Так кто же прав – тот, кто видит в неживой природе нагромождение беспорядка, или, напротив, тот, кто видит в ней господство холодной точности и симметрии? Строго говоря, неверны  обе крайние точки зрения. Конечно, воздействие на облик земной  поверхности таких природных факторов, как ветер, вода, солнечный свет,  весьма стихийно и часто носит беспорядочный характер. Однако песчаные дюны в пустыне, галька на морском берегу, кратер потухшего вулкана  имеют, как правило, геометрически правильные формы. Конечно, груда камней у подножия беспорядочна; однако каждый камень является огромной  колонией криссталов, представляющих собой в высшей степени симметричные «постройки» из атомов и молекул. Именно криссталы вносят в мир неживой природы очарование симметрии.

Кто из нас зимой не любовался снежинками? Каждая снежинка – это  маленький крисстал замерзшей воды. Форма снежинок может быть очень  разнообразной, но все они обладают симметрией – поворотной симметрией  6-го порядка и, кроме того, зеркальной симметрией.

Все твердые тела состоят из криссталов. В большинстве случаев отдельные криссталы очень малы (меньше песчинки); однако в некоторых  случаях криссталы вырастают до внушительных размеров, и тогда они предстают перед нами во всей своей геометрически правильной красоте.

Криссталы – это многогранники достаточно правильной формы с плоскими гранями и прямыми ребрами.

Существуют криссталы топаза (фторосиликата алюминия), берилла (соединения, в которое входят бериллий, кремний, алюминий), дымчатого кварца. Крисстал берилла относится к одному из криссталических разновидностей этого соединения; перед нами гелиодор. Другие разновидности берилла: сине-зеленый аквамарин, ярко-зеленый изумруд, розоватый воробьевит.

Разная окраска гелиодора обусловлена примесью ионов трехвалентного железа. Весьма распространен в природе кварц (кремнезем), представляющий собой окись кремния. Самая чистая и прозрачная разновидность кварца – горный хрусталь; далее следует дымчатый кварц. Кварц встречается и в виде фиолетового аметиста, красного сердолика, черного оникса, серого халцедона. Кварц – это также точильный камень, кремень, простой песок.

Симметрия внешней формы кристаллов хорошо видна. Существует три формы кристаллов алмаза: октаэдр, ромбический додекаэдр, гексагональный октаэдр. Симметрия внешней формы кристалла является следствием его внутренней симметрии – упорядоченного взаимного расположения в пространстве атомов (молекул). Иначе говоря, симметрия кристалла связана с существованием пространственной решетки из атомов – так называемой кристаллической решетки.

Поразительно, насколько широким по охвату различных вопросов оказался разговор о месте и роли симметрии. Он был бы значительно шире, если бы мы включили в него вопросы, связанные не только с научной  деятельностью человека, но также и другие стороны его деятельности, например технику, архитектуру, искусство. Симметрия в технике и архитектуре   очевидна. Что же касается живописи, музыки, поэзии, то здесь, как мне кажется, господство симметрии сомнительно… Прежде всего заметим, что человеческое творчество во всех своих проявлениях тяготеет к симметрии.