Роль симметрии и асимметрии в научном познании. 2

Министерство  образования и науки РФ

Институт  экономики управления и права

(г. Казань)

Набережночелнинский филиал 
 

Реферат по дисциплине

Концепция современного естествознания

На тему: Роль симметрии и асимметрии в  научном познании 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

учебный год 2010-2011 г. Набережные Челны

Содержание

Резюме……………………………………………………………………...3

1. Сущностные особенности симметрии и асимметрии…………....6
1. Понятие симметрии и ее виды……………………………...7
2. Асимметрия и ее виды……………………………………...11
3. Асимметрия внутри симметрии……………………………15
4. Антисимметрия……………………………………………..18
5. Дисимметрия……………………………………………......19
2. Роль симметрии и асимметрии в познании живой и неживой природы…………………………………………………………….20
1. Значение симметрии в познании природы………………..22
2. Значение симметрии в научном познании………………...25

Терминологический словарь…………………………………………...27

Список использованной литературы…………………………………. ..28 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Резюме

  В  настоящее время в науке преобладают  определения указанных категорий  на основе перечисления их  важнейших свойств: порядка, однородности, соразмерности, пропорциональности, гармоничности и т. д. Асимметрия  же обычно определяется как  отсутствие признаков симметрии,  как беспорядок, несоразмерность,  неоднородность и т. д. Все  признаки симметрии в такого  рода ее определениях, естественно,  рассматриваются как равноправные, одинаково существенные, и в отдельных  конкретных случаях при установлении  симметрии какого-либо явления  можно пользоваться любым из  них. Так, в одних случаях  симметрия — это однородность, а в других — соразмерность  и т. д.         

   «В симметрии,— пишет А. В.  Шубников,— отражается та сторона  явлений, которая соответствует  покою, а в дисимметрии (по  нашей терминологии в асимметрии) та их сторона, которая отвечает  движению»

  Таким  образом, все свойства симметрии  рассматриваются как

проявления  состояний покоя, а все свойства асимметрии — как проявления состояний  движения. Если признать это правильным то очевидно, что соотношение симметрии  и асимметрии в таком случае таково же, как соотношение покоя и  движения. Мы, следовательно, можем  сказать, что симметрия относительна, а асимметрия абсолютна. Симметрию  мы должны, далее, рассматривать как  частный случай асимметрии, как ее момент. Поэтому ни о каком равноправии  симметрии и асимметрии и речи быть не может. Взаимоотношение симметрии  и асимметрии здесь явно асимметрично. Но вряд ли можно с таких позиций  правильно понять многие свойства симметрии  и асимметрии.

     Симметрия — это категория, обозначающая процесс существования и становления тождественных моментов в определенных условиях и в определенных отношениях между различными и противоположными состояниями явлений мира.

    Метод перехода от симметрии к асимметрии (или наоборот).                 Он позволяет осуществлять объясняющую и предсказывающую функции в развивающемся знании, а также в определенной мере оптимизировать поисковую деятельность. Этот метод оказывается тесно связанным с методами сходства и различия, предвидения и гипотезы, аналогии, экстраполяции.

   Если принять за симметрию  теоретической системы ее непротиворечивость, себе тождественность и инвариантность по отношению

к описываемым  объектам и явлениям, то развитие научного знания можно определить как переход  к симметрии (т. е. асимметрия- симметрия). В этом случае симметрия выступает как идеализированная цель познания. Поиск симметрии — это поиск единого и тождественного в том, что первоначально виделось различным, разобщенным.

   Всякая более высокая симметрия  реализует возможность переноса  научной теории для решения  новых познавательных задач.

Упрощая в некоторых случаях теоретические  системы, симметрия совсем не обязательно  выступает аналогом простоты научного знания. Поиск новых форм симметрии  интуитивно связан со стремлением к  порядку, гармонии. Однако нет достаточных  оснований для возведения антропоморфных понятий простоты и красоты теории в ранг методологических закономерностей (31. 1979. 12, 49 — 60).

Простота  и красота — особые варианты симметрии, связанные с рациональным и эмоциональным (образным) способами постижения человеком  объективного мира. Абсолютизация роли этих понятий в развивающемся  знании представляется нам необоснованной, поскольку связана с отрывом  симметрии от своей диалектической противоположности — асимметрии.

  Асимметрия  в познании проявляется как  несоответствие теории и эксперимента, как взаимная противоречивость  нескольких независимых теорий, либо как их внутренняя противоречивость.

Асимметрия  служит исходным пунктом в познании, на каждом из этапов его развития; именно с ней связан процесс научного поиска истины.

  Асимметрия  неоднократно играла эвристическую  роль в познании. Примерами являются; эпикурейское представление об  отклонении атомов от прямолинейного  движения, несогласие Кеплера с  симметрией движения планет по  Копернику и др. История науки  свидетельствует о том, что  именно асимметрия обусловливает  появление в познании новой  формы симметрии, которая и  выступает в качестве относительной  истины.

  Во  взаимосвязи с принципом единства  симметрии и асимметрии находится  принцип симметрии, согласно которому  всякая научная теория должна  быть непротиворечивой и инвариантной  относительно группы описываемых  объектов и явлений. Симметрия  теории выражает также адекватность  научного познания объективной  действительности. Многие видные  ученые (П. Дирак, П. Кюри, Л.  Пастер, А. Пуанкаре, А. Салам) интуитивно использовали принцип симметрии при получении важных теоретических результатов.

  Однако  принцип симметрии не учитывает  того обстоятельства, что всякой  научной теории присущи внутренние (не логические, а диалектические) противоречия, а также недостатки, не говоря уже о действительном  или возможном существовании  объектов, которые она описать  не в состоянии. Отрицая, по  сути дела, роль асимметрии (признается  только нарушение симметрии), данный  принцип не учитывает особенностей  научного познания как процесса  развития и становления. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.Сущностные  особенности симметрии  и асимметрии

  Симметрия — это упорядоченность, регулярность, единообразие предметов и явлений объективного мира. Это понятие однопорядковое такими понятиями, как закономерность, сохранение, инвариантность. Симметрия есть проявление устойчивости, равновесия в состоянии. 

 Асимметрия  — противоположное понятие. Оно  отражает нарушение  упорядоченности,   регулярности,   разнообразие.   В  асимметрии проявляются нарушения равновесия и устойчивости, связанные с применением в организации системы, составных частей целого.    

Понятие симметрии/асимметрии из понятия частной  науки превратилось в одну из всеобщих категорий познания, применимую в  разных областях. В науке не раз  наблюдались примеры перехода категорий  частных отраслей знания во всеобщие, общеметодологические. Так, понятие  информации, разработанное в кибернетике, распространилось на лингвистику, биологию и другие науки. Лингвистика сама способствовала формированию ряда общеметодологических понятий. Такие понятия как система / реализация системы, парадигматика/синтагматика впервые были глубоко разработаны  на материале языкознания, став затем  общеметодологическими категориям. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Понятие симметрии и ее виды

        С симметрией мы встречаемся всюду.   Понятие симметрии проходит через всю многовековую историю человеческого творчества. Оно встречается уже у истоков человеческого знания; его широко используют все без исключения направления современной науки.    

  Принципы симметрии играют важную роль в физике и математике, химии и биологии, технике и архитектуре, живописи и скульптуре, поэзии и музыке. Законы природы, управляющие неисчерпаемой в своем многообразии картиной явлений, в свою очередь, подчиняются принципам симметрии.    

 Что  же такое симметрия? Почему  симметрия буквально пронизывает  весь окружающий нас мир? Существуют, в принципе, две группы симметрий.    

  К первой группе относится симметрия положений, форм, структур. Это та симметрия, которую можно непосредственно видеть. Она может быть названа геометрической симметрией.     

 Вторая  группа характеризует симметрию  физических явлений и законов  природы. Эта симметрия лежит  в самой основе естественнонаучной  картины мира: ее можно назвать  физической симметрией.    

 На  протяжении тысячелетий в ходе  общественной практики и познания  законов объективной действительности  человечество накопило многочисленные  данные, свидетельствующие о наличии  в окружающем мире двух тенденций:  с одной стороны, к строгой  упорядоченности, гармонии, а с  другой - к их нарушению. Люди  давно обратили внимание на  правильность формы кристаллов, цветов, пчелиных сот и других  естественных объектов и воспроизводили  эту пропорциональность в произведениях  искусства, в создаваемых ими  предметах, через понятие симметрии.    

  «Симметрия, - пишет известный ученый Дж. Ньюмен, - устанавливает забавное и удивительное родство между предметами, явлениями и теориями, внешне, казалось бы, ничем не связанными: земным магнетизмом, женской вуалью, поляризованным светом, естественным отбором, теорией групп, инвариантами и преобразованиями, рабочими привычками пчел в улье, строением пространства, рисунками ваз, квантовой физикой, лепестками цветов, интерференционной картиной рентгеновских лучей, делением клеток морских ежей, равновесными конфигурациями кристаллов, романскими соборами, снежинками, музыкой, теорией относительности...".     

   Слово «симметрия» имеет двойственное толкование.    

 В  одном смысле симметричное означает  нечто весьма пропорциональное, сбалансированное; симметрия показывает  тот способ согласования многих  частей, с помощью которого они объединяются в целое.   Второй смысл этого слова - равновесие. Еще Аристотель говорил о симметрии как о таком состоянии, которое характеризуется соотношением крайностей. Из этого высказывания следует, что Аристотель, пожалуй, был ближе всех к открытию одной из самых фундаментальных закономерностей Природы – закономерности о ее двойственности.   

  Пристальное внимание уделяли симметрии Пифагор и его ученики. Исходя из учения о числе пифагорейцы дали первую математическую трактовку гармонии, симметрии, которая не потеряла своего значения и в наши дни. Взгляды Пифагора и его школы получили дальнейшее развитие в платоновском учении о познании. Особый интерес представляют взгляды Платона на строение мира, который, по его утверждению, состоит из правильных многоугольников, обладающих идеальной симметрией. Для Платона характерно соединение учения об идеях с пифагорейским учением о числе. Среди более поздних естествоиспытателей и философов, занимавшихся разработкой категории симметрии, следует назвать Р. Декарта и Г. Спенсера. Так, по Декарту, бог, создав асимметричные тела, придал им "естественное" круговое движение, в результате которого они совершенствовались в тела симметричные.    

 Характерно, что к наиболее интересным  результатам наука приходила  именно тогда, когда устанавливались  факты нарушения симметрии. Следствия,  вытекающие из принципа симметрии,  интенсивно разрабатывались физиками  в прошлом веке и привели  к ряду важных результатов.  Такими следствиями законов симметрии  являются, прежде всего, законы  сохранения классической физики.    

 В  настоящее время в естествознании  преобладают определения категорий  симметрии и асимметрии на  основании перечисления определенных  признаков. Например, симметрия определяется  как совокупность свойств: порядка,  однородности, соразмерности, гармоничности.  Все признаки симметрии во  многих ее определениях рассматриваются  равноправными, одинаково существенными,  и в отдельных конкретных случаях,  при установлении симметрии какого-то  явления, можно пользоваться любым  из них. Так, в одних случаях  симметрия - это однородность, в  других - соразмерность и т. д.  То же самое можно сказать  и о существующих в частных  науках определениях асимметрии.     

Виды  симметрии:      

 Простейший вид симметрии - зеркальная. Предмет или фигура, которые можно разделить плоскостью на две половины так, чтобы эти половины при наложении друг на друга совпали между собой, имеет зеркальную симметрию. Такая симметрия присуща, например, человеческому телу, телам животных и многому другому. Зеркальная симметрия способствует созданию впечатления уравновешенности и покоя, так как она делает обе половины изображения равноценными для нашего взгляда.

   Иной вид симметрии присутствует  в фигурах, которые совмещаются  сами с собой без помощи  зеркального отражения, а посредством  поворота вокруг некоторой оси,  перпендикулярной к плоскости  изображения. Это - осевая симметрия, а число таких совмещений на протяжении полного кругового оборота фигуры называется порядком оси. Осевая симметрия может обладать порядком от второго и до бесконечности. Фигур с осевой симметрией бесконечно много, но все они четко организованы и равномерно распределены вокруг единого для них центра. Все углы поворотов должны быть равны. Осевая симметрия нередко встречается в природе и широко распространена в орнаментах. В первую очередь, к фигурам с осевой симметрией относятся розетки. Изображение, обладающее осевой симметрией производит впечатление движения, вращения вокруг своего центра.  
Часто можно видеть розетки не только с осевой симметрией, но и с зеркальной. Подобные формы гораздо уравновешеннее и спокойнее предыдущих. Такая форма представляется более законченной, так как она не выражает вращения, а от ее центра расходятся равные элементы. Возможно поэтому розетки с двумя этими видами симметрии приобрели наибольшее распространение.

  Вдоль некой линии могут быть равномерно расположены одинаковые мотивы. Так образуется линейный орнамент, или бордюр, при помощи параллельного переноса, который можно продолжить до бесконечности в обе стороны по направлению линии. Это - еще один вид симметрии: если мы весь орнаментальный ряд сдвинем вдоль осевой линии на один мотив, то каждая из фигур наложится на место соседней, то есть бордюр совместится сам с собой.

 Случается,  что в подобном орнаменте взаимно  отражающие друг друга мотивы  лежат как бы "неправильно", сдвинуты вдоль оси переносов.  Чтобы восстановить зеркальную  симметрию, нужно несколько сместить  по оси одну из половинок  бордюра. Этот вид симметрии  называется скользящим отражением.  
  Линейный орнамент обычно применяется там, где нужно ограничить какую-то поверхность или разбить ее на части. На практике бордюр может строиться не только по прямой, но и вдоль ломаной или изогнутой линии. В любом случае параллельный перенос совершается, следуя изгибам и переломам оси. Бордюр, кроме симметрии параллельного переноса, может обладать и другими элементами симметрии. Они возникают в тех случаях, когда тот или иной вид симметрии присущ каждому отдельно взятому элементарному мотиву орнамента. Всего же существует 7 видов бордюров.

    В искусстве орнамента нередко используется заполнение плоскости одинаковыми прямолинейными фигурами. В математике такое замощение называется паркетом (в дизайне - сетчатые орнаменты). Известно, что только два рода фигур - различные параллелограммы (включая прямоугольники, квадраты и ромбы) и шестиугольники с попарно параллельными сторонами заполняют плоскость сплошь, без пропусков и наложений, с помощью одних лишь переносов, сохраняя ориентацию.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.2.Асимметрия  и ее виды

  Асимметрия  – это несимметрия, т.е. такое  состояние, когда симметрия отсутствует.  Но еще Кант говорил, что  отрицание никогда не является  простым исключением или отсутствием  соответствующего положительного  содержания. Например, движение –  это отрицание своего предыдущего  состояния, изменение объекта.  Движение отрицает покой, но  покой не есть отсутствие движения, так как очень мало информации  и та информация ошибочна. Отсутствие  покоя, как и движения, не бывает, поскольку это две стороны  одной и той же сущности. Покой  – это другой аспект движения.

  Полного  отсутствия симметрии также не  бывает. Фигура, не имеющая элемента  симметрии, называется асимметричной.  Но строго говоря, это не так.  В случае асимметричных фигур  расстройство симметрии просто  доведено до конца, но не  до полного отсутствия симметрии,  так как эти фигуры еще характеризуются  бесконечным числом осей первого  порядка, которые также являются  элементами симметрии.

  Асимметрия  связана с отсутствием у объекта  всех элементов симметрии. Такой  элемент неделим на части. Примером  является рука человека.

  Асимметрия  – это категория противоположная  симметрии, которая отражает существующие  в объективном мире нарушения  равновесия, связанные с нарушением, развитием, перестройкой частей  целого. Так же, как мы говорили  о движении, имея в виду единство  движения и покоя, также симметрия  и асимметрия две полярные  противоположности объективного  мира. В реальной природе нет  чистых симметрии и асимметрии. Они всегда находятся в единстве  и непрерывной борьбе.

  На  разном уровне развития материи  присутствует та симметрия (относительный  порядок), то асимметрия (тенденция  нарушения покоя, движение , развитие),  но всегда эти две тенденции  едины и их борьба абсолютна.

  Реальные, даже самые совершенные кристаллы  далеки по своей структуре  от кристаллов идеальной формы  и идеальной  симметрии, рассматриваемой   в кристаллографии. В них имеются  существенные отступления от  идеальной симметрии. Они имеют  и элементы асимметрии: дислокации, вакансии, оказывающие влияние на  их физические свойства.

  Приведенные  определения симметрии и асимметрии  указывают на универсальный, общий  характер симметрии как  свойств  материального мира. Анализ понятия  симметрии в физике и математике (за редким исключением) имеет  тенденцию к абсолютизации симметрии  и трактовке асимметрии как  отсутствия симметрии и порядка.  Антипод симметрии выступает как понятие чисто негативное, но заслуживающее внимания и остается в тени. Значительный интерес к асимметрии возник в середине 19 в. в связи с опытом Л. Пастера по изучению и разделению стереоизомеров.

   В настоящее время  выделяют три вида асимметрии, которые  изучались вначале на больных  людях. Первый вид асимметрии связан с функционированием опорно-двигательного  аппарата или:

  Моторная асимметрия

   Мы привыкли разделять  людей на правшей и левшей по ведущей  руке, как правило, большинство из нас смотрит на то, какой рукой  пишет человек: правой или левой. Но является ли это верным. Ведь с  некоторых пор стало известно, что правши в процессе адаптации  к новым условиям среды начинают выполнять новые для них действия не правой, а левой рукой. Моторная асимметрия носит непостоянный характер, так как структурные перестройки, происходящие на уровне коры головного  мозга, определяются деятельностью  периферии в ранние периоды онтогенеза (Краев, 1978). Выделяют асимметрию в  функционировании  рук,  ног, мышц лица. Руки: У правшей  левая рука считается более выносливой, чем правая к статичному усилию. У  амбидекстров в равной степени преобладают как правая, так и левая руки. Эти люди, как правило, владеют хорошо обеими руками.

   У левшей отсутствует  четкая связь между доминантностью полушарий по речи, так как центр речи не имеет четкой асимметрии у левшей, и ведущей руке. Поэтому боле высокая конкордантность ведущей руки и глаза отмечена у правшей. То есть в отношение моторной и психической асимметрий наблюдается у левшей билатеральное распределение функций между полушариями, асимметрия не так четко выражено.

   В связи с тем, что у большинства центр речи расположен    в левом полушарии, у  левшей эта граница размыта и  находят билатеральное распределение  речевых функций, в таком случае идет борьба за морфологический субстрат между моторной и психической  асимметрией, поэтому преобладание левой руки будет нечетким, так  скажем, что левши склонны больше к амбидекстрии.

   Была выявлена и  асимметрия ног: стало известно, что  ведущая нога делает более длинный  шаг, превосходит по размерам противоположную. Обычно при ходьбе происходит отклонение от заданной траектории в сторону контралатеральную ведущей ноге.

   Лицо, как можно  наблюдать, является так же асимметричным. Так левая половина лица больше отображает эмоциональное состояние, чем правая, и считается более мужественной и сильной, мускулатура на этой части  также лучше развита, чем на противоположной.

   Деятельность периферии связано с работой головного мозга. Левая часть туловища связана  с правым полушарием, а правая - с  левым.

  Моторная асимметрия появляется и нарастает в детские  годы, достигая своего максимального  развития к зрелому возрасту и  в позднем возрасте нивелируется. Если переучить левшу писать правой рукой, то все же для него характерна отличная от правшей сенсорная и  психическая асимметрия.

Сенсорная асимметрия

   Сенсорная асимметрия в отличие от моторной асимметрии является более постоянной, развиваясь в течение всей жизни, она закрепляется у каждого индивидуума. Считается, что этот вид асимметрии наиболее четко и правильно отражает асимметрию центральных систем. Соответственно органам чувств выделяют асимметрию зрения, слуха, обоняния, осязания, вкуса.

   На данный момент по асимметрии органа зрения известно, что у подчиненного глаза мышцы  развиты негармонично. Ведущий глаз первый ловит предмет, поэтому быстрее  происходит его аккомодация. Объект ведущим глазом воспринимается как  больший и контрастный. Но эта  асимметрии позволяет нам говорить о вовлечении конкретных структур мозга  в акт восприятия окружающего  мира, стало известно, что различие полей зрения у нормальных людей  отражает асимметрию их мозга, левое  поле зрение соответствует правому  полушарию и наоборот.

   Такого рода перекрест  информации осуществляется через chiasma opticum, правыми половинами сетчатки каждого глаза воспринимается информация, находящаяся в левом поле зрения, поступая через хиазму в правое полушарие. Далее переработанная информация через Collosum поступает в контралатеральное полушарие. Известно, что у больных эпилепсией производили комиссуртомию и обмен информацией не осуществлялся. Так как центр речи находится у большинства в левом полушарии, то правое становилось немым, а левое глухим по отношению к противоположной гемисфере.

    В головном мозге - на первом  уровне антиноцицептиной системы  - ЦСВ, МЯШ, БЯШ, и третий уровень  - это 4 слой нейронов коры - расположены  преимущественно мю-рецепторы. Ответственны  за формирования и восприятие  боли. В лимбическом мозге преобладают  дельта рецепторы - ответственные  за эйфорические эффекты опиатов.  Так же принимают участие в  регуляции эмоционального состояния  и поведенческих реакций. В  коре головного мозга одинаковое число мю- и дельта-рецепторов. Их плотность распределения на поверхности нейроцитов выше в коре правого полушария. Поток болевой информации вызывает ощущение боли, формирующегося в правом полушарии. Возникающее состояние эмоционально отрицательного напряжения ведет к активации височно-париетальной области правого полушария. Этот участок коры имеет мощные связи со структурами ствола мозга, принимающих участие в гормональной, вегетативной регуляции. В крови повышается уровень кортизола, наблюдается сдвиг КГР, повышается ЧСС.