СИММЕТРИЯ КАК СРЕДСТВО ДОСТИЖЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВА В ПРИРОДЕ

Окружающий нас мир полон изумительно красивых и сложных фигур, примерами которых можно считать как обычный цветок, так и автомобили "Формула 1". Прекрасный мир геометрии постепенно открывает свои тайны. Мир, в котором мы живем, наполнен геометрией домов и улиц, гор и полей, творениями природы и человека. Геометров всегда интересовали фигуры, с помощью которых можно описать природные объекты или создать новые искусственные предметы.

Фигуры, которые встречаются при изучении ботаники, зоологии и геологии, вызывают большой интерес математиков. Эти фигуры привлекают своей идеальной симметрией. Под симметрией будем понимать «соразмерность». Другими словами, закономерное расположение подобных (одинаковых) частей тела или форм живого организма, совокупности живых организмов относительно центра или оси симметрии. При этом подразумевается, что соразмерность – часть гармонии, правильного сочетания частей целого.

Как считают ученые, симметрия является основополагающим принципом устройства мира, ее всеобщность служит эффективным методом познания природы. Внутри внешней симметрии лежит внутренняя симметрия построения, гарантирующая равновесие.

С симметрией мы встречаемся везде — в природе, технике, искусстве, науке. Понятие симметрии проходит через всю многовековую историю человеческого творчества. Принципы симметрии играют важную роль в физике, математике, химии и биологии, технике и архитектуре, живописи и скульптуре, поэзии и музыке. Законы природы, управляющие неисчерпаемой в своём многообразии картиной явлений, в свою очередь, подчиняются принципам симметрии. Существует множество видов симметрии, как в растительном, так и в животном мире, но при всём многообразии живых организмов, принцип симметрии действует всегда, и этот факт еще раз подчёркивает гармоничность нашего мира.

Симметричные формы обеспечивают повторяемость удачных форм, поэтому более устойчивы к различным воздействиям, что позволяет говорить о многообразии симметрии.

Исследователи считают симметрию удивительным математическим явлением. В древности это слово употреблялось в значении «гармония», «красота». Действительно, в переводе с греческого это слово означает «соразмерность, одинаковость в расположении частей, пропорциональность».

Будем называть симметрией фигуры любое преобразование, переводящее фигуру в себя.

Вначале перечислим знакомые виды симметрии. К ним относятся три вида симметрии: симметрия относительно точки (центральная симметрия), симметрия относительно прямой (осевая симметрия) и симметрия относительно плоскости.

Большинство растений и животных симметричны, в то время как многие неодушевленные предметы нет. Животные симметричны слева направо, а не сверху вниз. Это называют двусторонней симметрией. Животные эволюционировали, таким образом, из-за необходимости быть устойчивыми и способными к быстрому движению. Если бы животные были не симметричные, им было бы очень сложно балансировать или быстро передвигаться.

Центральная симметрия образуется при повороте вокруг точки на угол 180⁰. В природе ярко выраженной центральной симметрией обладают цветы и плоды растений. Многие листья деревьев и лепестки цветов симметричны относительно среднего стебля. Симметрию можно увидеть как на листьях деревьев, так и среди цветов. Осевой симметрией обладают цветы семейства розоцветных, а центральной симметрией — семейство крестоцветных.

Простейшим видом зеркальной (осевой) симметрии является фигура, возникающая при вращении вокруг оси симметрии.

В природе зеркальная симметрия характерна для растений и животных, которые произрастают или двигаются параллельно поверхности Земли. Например, крылья и туловище бабочки можно назвать эталоном зеркальной симметрии.

Минимальный угол, на который нужно повернуть цветок вокруг оси симметрии, чтобы он совместился с самим собой, называется элементарным углом поворота оси. Этот угол для различных цветов не одинаков. Для ириса он равен 120 градусов, для колокольчика — 72 градуса, для нарцисса — 60 градусов. Поворотную ось можно характеризовать и с помощью другой величины, называемой порядком оси и показывающей, сколько раз произойдёт смещение при повороте на 360 градусов.

Общие принципы строения организма человека заложены еще миллиарды лет назад, когда сформировался генетический код и возникла первая клетка. В наших генах содержится значительная часть генофонда древних рыб, первых хордовых и некоторых беспозвоночных животных. Одним из признаков, переданных нам, является двусторонняя симметрия человеческого тела.

Ученые-медики считают симметрию  одним из показателем молодости и здоровья, в то время как ее отсутствие может выделить потенциальное расстройство какой-либо функции или болезнь. Практический врач Александр Трифонов, изучая механизмы возникновения различных заболеваний, пришел к выводу, что причинами наших болезней являются не только и не столько вирусы и прочие вредные факторы среды, сколько генетически обусловленные нарушения конструкции человеческого тела. Симметричные животные живут дольше, не симметричных. Это также доказывает то, что симметрия является показателем здоровья.

Даже человек, мало знакомый с геометрией, легко выбирает из предложенных ему фигур наиболее симметричные. Например, из всех треугольников самый симметричный – равносторонний, а из всех четырехугольников – квадрат.

Пропорция и симметрия объекта всегда необходима нашему зрительному восприятию для того, чтобы мы могли считать этот объект красивым. Смотреть на симметричные изображения приятней, нежели на асимметричные. Исследования показывают, что даже дети предпочитают смотреть на симметричные изображения.

И сама природа, и первородная часть человека находятся во власти геометрии, подчинены симметрии и как сущности, и как символы. Как бы ни были выстроены объекты природы, каждый имеет свой основной признак, который отображен формой, будь то яблоко, зерно ржи или человек.

Ещё одним интересным проявлением симметрии являются биологические ритмы (биоритмы), циклические колебания биологических процессов и их характеристик (сокращения сердца, дыхание, колебания интенсивности деления клеток, обмена веществ, двигательной активности, численности растений и животных), зачастую связанные с приспособлением организмов к геофизическим циклам. Исследованием биоритмов занимается особая наука — хронобиология. Помимо симметрии существует также понятие асимметрии. 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. Симметрия окружает человека на каждом шагу. В природе и во многих творениях человека без симметрии не было бы красоты, совершенства и удобства.

Ведь именно на симметрии основаны многие законы сохранения. Например, законы сохранения энергии, импульса и момента импульса являются следствиями пространственно-временных симметрий. И без симметрии не было бы законов сохранения, которые во многом управляют нашим миром.

Список литературы:

1. Вейль Г. «Симметрия»: Москва. - 2002. - 214 с.
2. Виленкин З. Н. «Симметрия в природе и технике» М.: Едиториал УРСС, 2003 - 78 с.
3. Гильде В. «Зеркальный мир»: Мир. - 1982. - 202 с.
4. Емельянов В. «Фундаментальные симметрии» МИФИ. - 2008. - 304 с.
5. Тарасов С Л. «Этот удивительно симметричный мир» Издательство: - М.: Просвещение. - 2002. - 138 с.
6. Тарасов С. Л.«Симметрия в окружающем мире» ОНИКС. - 2005. - 136 с.
7. Урманцев Ю. А. Симметрия природы и природа симметрии /. Урманцев. Ю.А- М.: Мысль. - 1974. - 56 с.
8. http://www.worldnatures.ru
9. https://ru.wikipedia.org/wiki