Рак излечим - страница 36

1. Объект или явление, которое исследуется.

2. Преобразование, по отношению к которому рассматривается симметрия.

3. Инвариантность каких-либо свойств объекта или явления, выражающая рассматриваемую симметрию. Связь симметрии физических законов с законами сохранения.

4. Границы применимости различных видов симметрии.

Заметим также, что изучение симметричных свойств физических систем или законов требует привлечения специального математического анализа, в первую очередь представлений теории групп, наиболее развитой в настоящее время в физике твердого тела и кристаллографии. Раньше мы уже говорили об инверсионной симметрии. Но обладают ли такой симметрией физические законы? Долгое время считалось, что обладают, пока опыты китаянки Цзяньсюн Ву (США) по изучению β-распада ориентированных в магнитном поле ядер кобальта ^>60Co, проведенные в 1957 г., не показали, что на слабые взаимодействия инверсионная симметрия не распространяется. Однако для большинства физических законов инверсионная симметрия соблюдается. Подчеркнем следующее важное обстоятельство. Если какое-либо уравнение инвариантно относительно определенных операций симметрии, то это не означает, что все его решения обладают такой же симметрией (хотя для части решений это возможно). Дело в том, что на формирование решений влияют еще начальные и граничные условия. Например, несмотря на то, что гравитационное поле Солнца можно считать сферически симметричным, планеты движутся вокруг Солнца не по круговым, а по эллиптическим траекториям. Другой пример – кристалл инвариантный при дискретных трансляциях (кратных постоянных решетки), хотя электрические силы, действующие между его атомами, не меняются при любых смещениях кристалла в целом. Симметрия материальных структур, образуемых за счет фундаментальных взаимодействий, может быть намного ниже, чем симметрия последних. Учитывая это, можно говорить о структурной симметрии материальных объектов. Априорное определение возможных видов симметрии устойчивых материальных структур часто представляет собой трудную проблему. В целом же из законов сохранения, которые, как мы уже поняли, являются следствием пространственно-временной симметрии законов самой природы, следует условность разделения физики на механику, термодинамику, электродинамику и т. д. и, следовательно, налицо неразрывность единства всей природы.

Рассмотрим идеи симметрии-асимметрии применительно к проблемам объектов живой и неживой природы. По существу, это философский, если хотите, но с естественнонаучной точки зрения вопрос о возникновении, развитии и сущности жизни. Чем отличаются молекулы живых веществ от неживых? В какой-то мере это связано с симметрией, точнее зеркальной симметрией. Если рассмотреть пример зеркального изображения двух молекул неорганического вещества воды и органического, но «неживого» вещества – бутилового спирта, то принципиальное различие проявляется в том, что молекула Н_>2О зеркально симметрична, а молекула спирта зеркально асимметрична. «Левая» и «правая» молекулы не совпадают как левая и правая рука человека. Как теперь мы знаем, в природе хиральностью обладают и «живые», и «неживые» молекулы, но «живые» всегда только хиральны. Причем «неживые» хиральные молекулы равновероятно встречаем и в левом, и в правом варианте, а «живые» – только или в левом, или в правом. В этом смысле молекулы живых организмов хирально чисты. Так, ориентация ДНК-спирали всегда правая. Основополагающим признаком возникновения и развития жизни и является способность живых организмов извлекать и конструировать из симметричных и хирально нечистых молекул окружающей среды хирально чистые молекулы, необходимые для живого организма. Примером может служить извлечение растениями из симметричных молекул воды и углекислого газа в процессе фотосинтеза асимметричных молекул крахмала и сахара. Наряду с другими питательными веществами эти молекулы поступают в пище живых организмов и из них образуются уже хирально чистые молекулы. То есть живое выступает в качестве фабрики по изготовлению разных видов асимметрии, а в общем диссимметрии из любого вида симметрии. Это своего рода пространственный преобразователь, или пространственная дыра с отрицательной энтропией… Живой организм очень напоминает кавитационный пузырь, только вместо жидкости основную роль в его появлении играет пространство… В общем смысле мы можем считать, что и возникновение жизни в целом связано со спонтанным нарушением имевшейся до того в природе зеркальной симметрии. Этот процесс, по существу, также является процессом самоорганизации. В какой-то точке бифуркации и произошел самоорганизующий акт возникновения уже живой материи.