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 中科院老專家科普創(chuàng)作工作室

羅保林

老專家科普創(chuàng)作工作室
2015年09月02日

中國科學院過程工程研究所 羅保林

大自然中的許多植物、動物,都有一個共同且鮮明的特征,那就是對稱;尤其是動物都具有類似的對稱性的五官和肢體。無論是水中的魚類還是天上的飛鳥,更遑論地上跑著的牲畜和野獸了。五官中眼和耳朵左右成對,鼻孔有對稱的兩個孔,嘴有上下兩片唇;肢體中有對稱的左右四肢或魚鰭或鳥翼??梢哉f對稱竟然就是“天造地設”,所有活物概莫能外。
確確實實,在自然界到處有對稱。對稱給人以美和秩序“對稱是自然觀念?!?
對稱又與人類生活和人類文化息息相關,男女、陰陽、對抗的兩極以及所有宇宙力量、數(shù)學結構都與對稱有直接關系。有了對稱才會有平衡,對稱遭遇破壞失衡隨之而來,秩序就會紊亂。對稱就是客觀的規(guī)律性存在,與生俱來,無可違逆。
對稱構造了整個世界,對稱維系著整個世界,對稱整合著整個世界的依存和秩序。
對稱既簡單又明了,實實在在觸手可及;然而其來由的神秘及其內涵的深邃,又是遙不可測,無從探究。
是誰設計出對稱?是誰成就了對稱?是誰給對稱賦予了秩序美?又是誰給了對稱以規(guī)律性的力量,使天下萬物無以違逆,不可抗拒??
空間的左右對稱不僅是一種自然觀念,在物理學界也是公認的,比如物理學的對稱性認為有正電子就一定有負電子,有正極一定對應負極。在物理學中,這種“對稱性”是指物理規(guī)律在某種變化下的不變性,或說時間和空間的變化不會改變物理規(guī)律的形式和結果,因此這種對稱可以說是守恒的,因而構成了物理學中宇稱守恒的基礎。宇稱守恒一向被認為是物理的公理,是非常正確的,是自然界的真理,是天經(jīng)地義的。
或許是受到自然或物理現(xiàn)象的啟發(fā),人們在實際生活中大多喜歡對稱,覺得對稱就有平衡感,有某種秩序美感,看看天安門前的東西華表、中南海門前左右蹲伏的石獅、你家門前貼的春聯(lián),……對稱在生活中俯拾皆是。
然而,對稱在某些場合、某些時候也是會失衡的。正因為對弱相互作用中宇稱守恒的質疑,楊振寧教授與李政道教授合作共同提出“弱相互作用中宇稱不守恒”定律,并因此獲得了諾貝爾物理獎的殊榮。宇稱守恒和宇稱不守恒控制著不同物理范疇中的相互作用,因為世界是多樣性的,也是生動的。
在參加著名的世界科技出版公司主席潘國駒給他在新加坡舉辦的慶祝楊振寧85歲的研討會的壽辰晚宴上,著名物理學家楊振寧 “先簡短感謝潘國駒安排的這個會議,使他重新回顧自己漫長科學生涯中的許多篇章,重新憶起許多重要領域發(fā)展里的熟悉老友,令他感觸莫名”。然后他話鋒一轉,突然說他對這個研討會有一個抱怨,那就是開會所在飯店電梯和走廊位置安排的太過對稱,總使人走錯方向。楊振寧接著一語雙關,說也許只需要“對稱破缺”。
“對稱破缺”將導致對稱的失衡,對稱的關系不復存在,事物將進入一種新的依存和制約,因而會出現(xiàn)一種新的“圖景”,邁上一種新的發(fā)展階梯。
這個道理其實很簡單,對稱性反映不同物質形態(tài)在運動中的共性,而對稱性的破壞才使得它們顯示出各自的特性。世界上的事情同建筑和圖案一樣,只有對稱而沒有它的破壞,看上去雖然很規(guī)則,卻顯得單調和呆板,只有基本上對稱而又不完全對稱才構成美的建筑和圖案。
大自然正是這樣的建筑師。當大自然構造像DNA這樣的大分子時,總是遵循復制的原則,將分子按照對稱的螺旋結構聯(lián)接在一起,而構成螺旋形結構的空間排列是全同的。但在復制過程中,對精確對稱性的細微偏離就會在大分子單位的排列次序上產(chǎn)生新的可能性,從而使得那些更便于復制的樣式更快地發(fā)展,形成了發(fā)育的過程。顯然,對稱性的破壞是事物不斷發(fā)展演化,變得豐富多彩的動因。
社會的治與亂、穩(wěn)定與失衡,同樣是社會發(fā)展前進的根本原因,沒有不斷的否定甚至否定之否定,社會就會停滯;沒有生產(chǎn)關系的變革,就不可能有生產(chǎn)力和經(jīng)濟的更大發(fā)展。人們的生活何嘗不也是如此,守舊、一成不變、沒有矛盾就不會有生活的多姿多彩,死水一潭是不會有生命的蓬勃與生動的。因此,生活既需要和諧、穩(wěn)定,但一定不能“抱殘守缺”,否定舊的是為了開創(chuàng)新的,對稱的失衡是為了生動與多彩!