生活中,人們只要稍微注意一下,就會(huì)發(fā)現(xiàn)自己生活在一個(gè)充滿對(duì)稱的世界里:每片雪花的晶體是對(duì)稱的,一只蝴蝶的雙翼是對(duì)稱的。
人類對(duì)對(duì)稱的偏愛也許不難理解,英國(guó)詩人布萊克曾說對(duì)稱是一種美。的確,詩人們尋找韻律的對(duì)仗和整齊的疊句,正是出于對(duì)詩歌形式美的追求,但形式美只是我們愛好對(duì)稱的原因之一。我們做一只乒乓球和圓柱形的易拉罐,同時(shí)也是為了制造和使用的方便。如果人類愿意,我們盡可以將汽水灌入一只古怪的多面的不對(duì)稱的罐子,但是那樣制作起來一定要麻煩得多。
人類因?yàn)槊?,也因?yàn)橹圃炫c使用的方便而偏愛對(duì)稱,可為什么自然界中也充滿了如此多的對(duì)稱?雨滴和行星是球形的,晶體有著某種網(wǎng)絡(luò)形的對(duì)稱,星系呈螺旋形的對(duì)稱,海浪的起伏在空間上是對(duì)稱的。而大多數(shù)動(dòng)物,如鷹、鯡魚、大象等則是呈左右兩邊對(duì)稱的。作為萬物之靈的人,當(dāng)我們站立時(shí),也是一個(gè)完美的對(duì)稱形體。
為什么自然界如此偏愛對(duì)稱?又是誰設(shè)計(jì)了這么多的高度完美的對(duì)稱?科學(xué)家們對(duì)這一自然之謎提供的簡(jiǎn)單答案是:也許它們是由大量同一的“零件”構(gòu)成的。大自然本身是在宇宙“生產(chǎn)線”上“大批量”生產(chǎn)出來的,為了“制造”的簡(jiǎn)捷和方便也許宇宙也遵循某種“最優(yōu)化的原則”。
一些科學(xué)家認(rèn)為,包括我們?nèi)祟愒趦?nèi)的宇宙有深層的數(shù)字結(jié)構(gòu),遵循著某種我們還難以理解的對(duì)稱的原則。古希臘哲人柏拉圖說:“上帝是一個(gè)幾何學(xué)家。”量子力學(xué)的先驅(qū)之一保爾·狄拉克也說:“上帝自然是一個(gè)高明的數(shù)學(xué)家,它運(yùn)用高深的數(shù)學(xué)原則來建造宇宙,而且比我們?nèi)祟愒斓酶谩?#8221;而對(duì)于這一切,我們的了解十分有限。
宇宙充滿了對(duì)稱,宇宙同時(shí)也充滿了不對(duì)稱或被打破了的對(duì)稱。液態(tài)水分子有一種球性的對(duì)稱,這是水之所以能流動(dòng)的奧秘所在。但當(dāng)水受冷結(jié)冰時(shí),這種完美的對(duì)稱就被破壞,而轉(zhuǎn)變成了低層次的如雪花晶體般的六邊形的新的對(duì)稱。
同樣,大自然中的對(duì)稱也以多種多樣的方式被打破。如豹、狗、貓身上的斑點(diǎn)與花紋并不嚴(yán)格對(duì)稱,比目魚的兩個(gè)眼睛長(zhǎng)在一邊,而我們?nèi)祟惖男呐K位于胸腔的左邊,也將外部形體的對(duì)稱打破。
除了這種形體的位置不對(duì)稱外,還有一種有趣的時(shí)間上的不對(duì)稱,如大多數(shù)鳥飛行時(shí)都是同時(shí)拍打雙翅的,但奇怪的是,燕子和蝙蝠卻是交替著拍打雙翅。
這種對(duì)稱與不對(duì)稱的奇妙變換,如同宇宙本身的神秘性,引發(fā)了人們無限的遐思,成了新崛起的混沌學(xué)研究的一個(gè)課題。 |
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