科学探索：对称的美与谜

2013年6月14日星期五

科学探索：对称的美与谜

生活中，人们只要稍微注意一下，就会发现自己生活在一个充满对称的世界里：每片雪花的晶体是对称的；一只蝴蝶的双翼是对称的；雨滴和星球是球形的；星系呈螺旋形的对称；海浪的起伏在空间上是对称的；大多数动物，如鹰、鲱鱼、大象则是呈左右两边对称的；作为万物之灵的人，当我们站立时，则有一个完美的对称形体。

为什么自然界如此偏爱对称？又是谁设计了这么多的高度完美的对称？科学家们对这一自然之谜提供的一个简单答案是：也许它们是由大量同一的“零件”构成的。大自然本身是在宇宙“工厂”里生产出来的，在“生产过程”中，也许宇宙遵循了某种“最优化的原则”。为什么会如此？这本身乃是一个更大的谜。一些科学家认为，包括我们人类在内的宇宙有深层的数学结构，遵循着某种我们难以理解的对称的原则。而对于这一切，我们了解得又是多么有限！

宇宙充满了对称，宇宙同时也充满了不对称或被打破了的对称。液态水分子有一种球性的对称，这是水之所以能流动的原因，但当水受冷结冰时，这种完美的对称就被破坏，而转变成一种如雪花晶体般的六边形的新的对称。

同样，大自然中的对称也以多种多样的方式被打破。例如，豹、狗、猫身上的斑点与花纹并不严格对称，比目鱼的两个眼睛长在一边，而我们人类的心脏位于胸腔的左边，也将外部形体的对称打破。

除了这种形体的位置不对称外，还有一种有趣的时间上的不对称。如大多数鸟飞行时都是同时拍打双翅的，但奇怪的是，燕子和蝙蝠却是交替拍打双翅。

这种对称与不对称的奇妙变换，如同宇宙本身的神秘性，引发了人们无限的遐思，激发着人们不断地去探索。

发稿：2001年11月16日