Вокруг света 1970-11, страница 60

Л,и Пастер всю жизнь намеревался вернуться к теме, с которой началась его научная деятельность. Да так и не собрался.

У Пьера Кюри была заветная идея. Ей хотел он посвятить себя, разделавшись с радиоактивностью. Но не успел.

Оба ученых собирались заняться симметрией природы. В том, что она не стала главным делом жизни великих исследователей, виноват не только случай.

И Пастер и Кюри прекрасно понимали, что загадка симметрии потребует всей жизни. Пуститься в плавание по бескрайним просторам? Но ведь под ногами недавно открытая тобой территория, где еще так много предстоит сделать!

Собственно, и сегодня нет универсалов в этой области. Она так пугающе многогранна, что в наш век узкой специализации науки ученые обычно занимаются симметрией в виде хобби, выбирая небольшой участок, близкий к основной профессии. Места хватает на всех. Математики и биологи, кристаллографы и искусствоведы, инженеры и философы, астрономы и селекционеры, физики и врачи пытаются сообща справиться с загадками симметрии.

К слову «симметрия» мы привыкаем с детства, и кажется, что в этом ясном понятии ничего загадочного быть не может. Если стать в центре здания и слева от вас окажется то же количество этажей, колонн, окон, что и справа, значит здание симметрично. Если бы можно было перегнуть его по центральной оси, то обе половинки дома совпали бы при наложении. Такая симметрия получила название зеркальной. Этот вид симметрии весьма популярен в животном царстве, сам человек скроен по ее канонам.

В мире растений в ходу другая симметрия — поворотная. Возьмите в руку цветок ромашки. Совмещение разных частей цветка происходит, если их повернуть вокруг стебелька. Здесь напрашивается короткое отступление. Очень часто флора и фауна одалживают внешние формы друг у друга. Морские звезды, ведущие растительный образ жизни, обладают поворотной симметрией, а листья— зеркальной. Как же выбирается вид симметрии? Прикованные к постоянному месту растения четко различают только верх и низ, а все остальные направления для них более или менее одинаковы. Естественно, что их внешний вид подчинен поворотной симметрии. Для животных очень важно, что находится впереди и что сзади, только «лево» и «право» для них остаются равноправными. В этом случае господствует зеркальная симметрия. Любопытно, что животные, меняющие подвижную жизнь на неподвижную и потом вновь возвращающиеся к подвижной жизни, соответственное число раз переходят от одного вида симметрии к другому, как это случилось, например, с иглокожими (морскими звездами и др.).

Законам симметрии подчиняются все формы на свете. Даже «вечно свободные» облака обладают симметрией, хотя и искаженной. Замирая на голубом небе, они напоминают медленно движущихся в морской воде медуз, явно тяготея к поворотной симметрии, а потом, гонимые поднявшимся ветерком, меняют симметрию на зеркальную.

Названо было два вида симметрии. На самом деле их гораздо больше. Так что дать общее определение симметрии довольно затруднительно. Пожалуй, самым удачным может считаться остроумное определение замечательного немецкого мате

матика Германа Вейля, всю жизнь интересовавшегося проблемами симметрии и посвятившего ей свой последний труд. Согласно Вейлю, симметричным называется такой предмет, с которым можно проделать какую-то операцию, получив в итоге первоначальное состояние. В случае зеркальной симметрии меняются правая и левая части предмета, а при поворотной симметрии переставляются его дольки.

Если трактовать это определение достаточно широко, то эпитет «симметричный» можно распространить на весьма широкий круг понятий. Дотошные физики сделали это одними из первых, заговорив о симметрии физических законов.

Как это понимать? Пусть какое-то явление происходит в некоторых условиях по определенному закону. Изменим условия. Если явление будет протекать, как и раньше, значит закон симметричен по отношению к сделанным изменениям. Старинное выражение «чем больше все меняется, тем больше все остается по-прежнему» относится явно к весьма симметричному миру.

Любителям математики известно, как трудно доказывать само собой разумеющиеся вещи. Мы воспринимаем как совершенно естественный тот факт, что законы физики совершенно одинаковы в Москве, Калуге и Лос-Анджелесе. Это тривиальное положение можно сформулировать более научно. Природа, точнее ее законы, обладает одним из видов симметрии — однородностью пространства: все точки пространства равноправны.

Но в пространстве взаимозаменяемы не только отдельные точки, но и коллективы точек — целые направления. Другими словами, если бы вдруг вся вселенная со всеми неисчислимыми звездными мирами плавно повернулась бы на какой-то угол, законы природы ни на йоту не изменились бы. Такое равноправие направлений, или, как говорят ученые, изотропность пространства, тоже вид симметрии. Законы природы симметричны не только относительно пространства, но и относительно времени. В самом деле, теоремы, доказанные в Древнем Египте, до сих пор изучаются школьниками. Наука уточняет старые законы, четко определяет сферу их действия, но не опровергает их, если, конечно, они не были ошибочными.

На первый взгляд может показаться, что иначе и быть не может. Но это не так. Представим себе, что цивилизация развивается на гигантской карусели, которая то ускоряет, то замедляет свой бег по вполне определенной системе. Люди со временем создали бы и там свою карусельную науку, только в каждой точке и в каждый момент времени законы были бы свои. Ведь чем дальше от центра, тем больше скорость, к тому же важно, сколько сейчас делает оборотов карусель. От этого зависят законы механики их системы. Возникает естественный вопрос. А мы сами разве не живем на такой карусели — вращающейся Земле? Почему же у нас пространство однородно? Дело в том, что человечеству попалась очень тихоходная карусель. Чтобы сделать всего один оборот, ей требуются целые сутки. Поэтому эффектом вращения можно пренебречь.

Итак, мы живем в довольно симметричном мире. Не удивительно, что сами мы симметричны и склонны считать красивым все симметричное. Иногда, правда, приятно слегка нарушить идеальную симметрию, это придает некоторую живость, но не слишком, не до хаоса. Весьма симметричны животные, довольно симметричны растения, совсем

57