Продължавам една от любимите ми теми за симетрията. Ще се потопим в изомеризма, електромагнетизма и значението на симетрията в търсенето на вселенски прозрения :)
И така, след началните открития на древните гърци за значението на симетрията, учените започнали да разбират колко важна е тя за самия живот. Френският химик Луи Пастьор установява, че идентични молекули с напълно еднакъв химичен състав могат да окажат съвършено различен ефект върху организма само защото имат различна огледална симетрия.
Физиците скоро започват да забелязват значението на симетрията и в търсенето и разгадаването на вселенските тайни...
През 1855 г. един гениален 24 годишен теоретик на име Джеймс Максуел започва работа по математическото обяснение на електричеството и магнетизма и установява, че те са различните аспекти на един и същ феномен - "електромагнетизъм". Това обединяване е удивително постижение, но е помрачено от факта, че се появяват различни феномени в зависимост от това, дали движението на магнитите е отнесено към електрическите полета или обратното.През 1905 г. един млад немски физик се възползва от тази липса на симетрия и я изтъква като доказателство за ново схващане за пространството и времето. Физикът е Алберт Айнщайн, а теорията му за относителността включва ключово свойство на симетрията, което оттогава става от първостепенна важност за теоретичната физика - способността ѝ да оставя нещата непроменени или "инвариантни". В центъра на Специалната теория на относителността на Айнщайн стои принципът, че законите на физиката са едни и същи за всички, без значение с каква скорост се движи наблюдаващият в пространството. Тоест законите остават инвариантни за наблюдатели, които се движат с различни скорости, съотносими една към друга.
Въпреки че на пръв поглед е елементарна, тази така наречена инварианта на Лоренц води Айнщайн до множество прозрения, две от които са откритието, че движещите се часовници, изглежда, работят по-бавно, а така също и известното му уравнение E=mc² (равенство на маса и енергия).
Но увлечението на Айнщайн между физиката и симетрията далеч не свършва дотук. През 1915 г. той публикува монументалната си Обща теория на относителността, която предоставя изцяло нов поглед върху естеството на пространството, времето и гравитацията.
В следващите години той и други физици се борят с изводите, които предполага теорията и се опитват да разберат връзките между основните закони на природата и Вселената.
Още през 1918 г. те откриват дълбоката връзка между идеята за симетрия и някои от най-основните закони на физиката. Например, ако според някоя дадена теория определен експеримент ще даде един и същ резултат без значение от времето или позицията, в които се провежда, то той има "пространствено-времева симетрия".
Едва ли е изненадващо, че Алберт Айнщайн и други физици се възползват от този неочакван мост между абстрактния Платонов свят на математиката и сложния, хоатичен свят, в който живеем. Приложени заедно, някои от тези теории помагат за разрешаването на проблеми свързани със запазването на енергия във Вселената.
През 1918 г. немският теоретик Херман Вайл доразвива схващането за симетрията, като я използва, за да предскаже връзката между гравитацията и електромагнетизма. В основата се намира принцип на симетрията, познат като калибровъчна инвариантност, според който общата относителност не трябва да се влияе от промени в мащаба. Но също като идеята на Кеплер (One of the great secrets of life - Symmetry) да свърже геометричните форми със Слънчевата система, така и идеите на Вайл се натъкват на проблеми, тъй като самият Айнщайн доказва, че не става дума само да обединим тези две взаимодействия.
Това сякаш нанася фатален удар на идеята, че симетрията е златният път към разгадаване на Космоса.. Но през 1949 г. идеята за калибровъчната инвариантност е възкресена от китайски физик на име Франк Янг. Но отново има проблем - теорията предсказва три нови частици, които пренасят взаимодействието, но не казва и дума за масите им, а без това шансовете да се установи дали те наистина съществуват, са нищожни.
Докато теоретиците се борят с това, друга теория, базирана на симетрията, печели впечатляващ успех. През 50-те години на 20 век вярата във фундаменталната опростеност на природата позаглъхва, тъй като в експериментите със сблъскване на атоми се появяват все повече и повече частици. Теоретиците Мъри Гелман от САЩ и Ювал Нееман от Израел предвиждат свойствата на частиците, засегнати от така нареченото силно ядрено взаимодействие, и независимо един от друг забелязват нещо поразително - частиците образуват геометрични форми. Като се позовават на принципите на симетрията, те твърдят, че трябва да съществува все още неоткрита частица, и през 1963 г. тя се появява, а свойствата ѝ съвпадат с предсказаните.
Гелман отива още по-далеч и обяснява симетричните форми със съществуването на частици, наречени кварки, които се комбинират по различни начини, за да образуват частици, като протона.
Теория на всичко
След като симетрията помага за откриването на електрослабото взаимодействие в началото на 70-те години на 20 век, предсказва съществуването на кварките и хвърля светлина върху силното ядрено взаимодействие, ключовата ѝ роля в устройството на Вселената повече не може да бъде поставяна под съмнение.
Оттогава тя заема основно място в създаването на теоретичната физика - теорията на всичко, чиято цел е да разкрие скритото единство на всички познати частици и сили.
Заради мащаба на начинанието принципите на симетрия, които са залегнали в Теорията на всичко, са изключително сложни. Те включват така наречената "суперсиметрия", математическо понятие, открито в средата на 60-те години на миналия век.
В наши дни астрономите са убедени, че видимата материя във Вселената запълва само малка част от истинското ѝ съдържание. Изследванията на галактиките навеждат на мисълта, че те са пълни с така наречената тъмна материя, която демонстрира присъствието си с гравитационния ефект, който оказва. Според теоретиците, е възможно естеството на тъмната материя да са огромни облаци от неутралино, останали след Големия взрив.
И на финала на темата, симетрията е позната от древни времена и в изкуството. Може би ще останете изненадани от това, че след като симетрията ми е толкова интересна и любима за опознаване и изучаване от научна гледна точка, всъщност като визия, изразявана в изкуството и в модата симетрията не ми харесва. Не мога да твърдя, че симетрията е грозна и монотонна, защото всеки има своите стандарти, с които определя красивото, но моите стандарти за красота определено не включват симетрията. Както и да е, в древността пък симетрията в изкуството се е харесвала. Дворецът Алхамбра, построен между 1238 г. и 1358 г. близо до Гранада, Испания, е прочут с архитектурата си. На художниците, които са го рисували, им е било забранено да изобразяват Бог и вместо това те използват симетрия, симетрични фигури.
 |
| Interior at the Alhambra Palace |
За интериора на Алхамбра те използват плочки в 17 симетрични шарки. През 1891 г. руският математик Евграф Фьодоров доказва, че тези 17 шарки са всички възможни начини за създаване на правилни форми върху плоски повърхности. През 70-те години на 20 век британският математик Роджър Пенроуз прави сензация, като доказва съществуването на шарки от плочки, които изглеждат симетрични, но всъщност са само полусиметрични.
 |
| Mosaic at the Alhambra palace in granada,Spain |