Тема: «принципы симметрии и асимметрии

Симметрия и асимметрия являются объективными свойствами природы, одними из фундаментальных в современном естествознании. Симметрия и асимметрия имеют универсальный, общий характер как свойство материального мира.

Симметрия (от греч. symmetria – соразмерность, порядок, гармония) является всеобщим свойством природы. Представление о симметрии у человека складывалось тысячелетиями. Термин «симметрия» фигурирует в представлениях человека как элемент чего-то «правильного», прекрасного и совершенного. В своих раздумьях над картиной мироздания человек определял симметрию как магическое качество природы, ее целесообразность, совершенство и старался отразить эти свойства в музыке, поэзии, архитектуре. В определенной мере симметрия выражает степень упорядоченности системы. В связи с этим имеется тесная корреляционная связь энтропии как меры неупорядоченности с симметрией: чем выше степень организованности вещества, тем выше симметрия и ниже энтропия.

Степень симметрии природных систем отражается в симметрии математических уравнений, законов, отображающих их состояние, в неизменности каких-либо их свойств по отношению к преобразованиям симметрии.

Симметрия – это понятие, отражающее существующий в природе порядок, пропорциональность и соразмерность между элементами какой-либо системы или объекта природы, упорядоченность, равновесие системы, устойчивость, то есть некий элемент гармонии.

Асимметрия – понятие, противоположное симметрии, отражающее разупорядочение системы, нарушение равновесия, что связано с изменением и развитием системы.

Из определений симметрии и асимметрии следует, что развивающаяся динамическая система должна быть обязательно несимметричной и неравновесной.

Современное естествознание представлено целой иерархией симметрий, которая отражает свойства иерархии уровней организации материи. Выделяют различные формы симметрий: калибровочные, пространственно-временные, изотопические, перестановочные, зеркальные и т. д. Все эти виды симметрий подразделяются на внешние и внутренние.

Внутреннюю симметрию невозможно наблюдать, она скрыта в математических уравнениях и законах, выражающих состояние исследуемой системы. Пример тому – уравнение Максвелла, описывающее взаимосвязь электрических и магнитных явлений, или теория гравитации Эйнштейна, связывающая свойства пространства, времени и тяготения.

Внешняя симметрия (пространственная или геометрическая) представлена в природе большим многообразием. Это симметрия кристаллов, молекул, живых организмов.

Для чего нужна симметрия живому и как она возникла?

Живые организмы формировали свою симметрию в процессе эволюции. Зародившиеся в водах океана, первые живые организмы имели правильную сферическую форму. Внедрение организмов в другие среды заставляло их адаптироваться к новым специфическим условиям. Один из способов такой адаптации – симметрия на уровне физической формы. Симметричное расположение частей органов тела обеспечивает живым организмам равновесие при движении и функционировании, жизнестойкость и адаптацию. Довольно симметричны внешние формы крупных животных, человека. Растительный мир организмов также наделен симметрией, что связано с борьбой за свет, физической устойчивостью к полеганию (закон всемирного тяготения). Например, конусообразная крона ели имеет строго вертикальную ось симметрии – вертикальный ствол, утолщенный книзу для устойчивости. Отдельные ветви симметрично расположены по отношению к стволу, а форма конуса способствует рациональному использованию кроной светового потока солнечной энергии, увеличивает устойчивость. Таким образом, благодаря притяжению и законам естественного отбора ель выглядит эстетически красиво и «построена» рационально. Внешняя симметрия насекомых и животных помогает им держать равновесие при движении, извлекать максимум энергии из окружающей среды и рационально ее использовать.

В физических и химических системах симметрия приобретает еще более глубокий смысл. Так, наиболее устойчивы молекулы, обладающие высокой симметрией (инертные газы). Симметрия молекул определяет характер молекулярных спектров. Высокая симметрия характерна для кристаллов. Кристаллы – это симметричные тела, их структура определяется периодическим повторением в трех измерениях элементарного атомного мотива.

Асимметрия также широко распространена в мире.

Внутреннее расположение отдельных органов в живых организмах часто асимметрично. Например, сердце расположено слева у человека, печень – справа и т. д. Л. Пастер, французский микробиолог и иммунолог, выделил левые и правые кристаллы винной кислоты. Молекула ДНК асимметрична – ее спираль всегда закручена вправо. Все аминокислоты и белки, входящие в состав живых организмов, способны отклонять поляризованный луч света влево.

В отличие от молекул неживой природы, где левые и правые молекулы встречаются часто, то есть носят в основном симметричный характер, молекулы органических веществ характеризуются ярко выраженной асимметрией. Придавая большое значение асимметрии живого, В. И. Вернадский предполагал, что именно здесь проходит тонкая граница между химией живого и неживого. Л. Пастер также, основываясь на этих признаках, провел границу между живым и неживым. Следует также отметить, что живые организмы (растения) в процессе жизнедеятельности поглощают из окружающей среды (почвы) в значительной степени химические соединения минеральной пищи, молекулы которой симметричны и в своем организме превращают их в асимметричные органические вещества: крахмал, белки глюкозу и т. д. Симметрия молекул пищевых веществ живого организма согласуется с симметрией молекул самого организма. В противном случае пища будет несовместимой (ядовитой).

Структура компонентов клетки также асимметрична, что имеет большое значение для ее обмена веществ, энергетической обеспеченности, а также способствует более высокой скорости протекания биохимических реакций.

Симметрия и асимметрия – это две полярные характеристики объективного мира. Фактически в природе нет чистой (абсолютной) симметрии или асимметрии. Эти категории – противоположности, которые всегда находятся в единстве и борьбе. Там, где ослабевает симметрия, возрастает асимметрия, и наоборот. На разных уровнях развития материи ей свойственна то симметрия, то асимметрия. Однако эти две тенденции едины, а их борьба носит абсолютный характер. Эти категории тесно связаны с понятиями устойчивости и неустойчивости систем, порядка и беспорядка, организации и дезорганизации, отражающими свойства систем и динамику развития, а также взаимосвязь между динамическими и статическими законами.

Полагая, что равновесие есть состояние покоя и симметрии, а асимметрия приводит к движению и неравновесному состоянию, можно считать, что понятие равновесия играет в биологии не менее важную роль, чем в физике. Принцип устойчивости термодинамического равновесия живых систем характеризует специфику биологической формы движения материи. Именно устойчивое динамическое равновесие (асимметрия) является ключевым принципом постановки и решения проблемы происхождения жизни.

Изучая тему, симметрия в искусстве, я поняла, что в архитектуре и в декоративно-приклодном искусстве симметрия строится по математическим и геометрическим расчетам, к примеру, нельзя построить красивое и прочное здание без чертежей и знания математики. Нельзя нарисовать безупречную икону, если не соблюдать пропорции. Не создашь скульптуру, если одна половина тела асимметрична другой.

Цель нашей работы – показать роль симметрии в искусстве. А искусство это очень обширная сфера деятельности. Это и живопись, архитектура, скульптура, графика, вышивка, лепка из глины гипса, декоративно-приклодное искусство. Симметрия играет большую роль. Создаются красивые и величавые произведения искусства, прочные конструкции, предметы обихода. На фоне этого не последнюю роль сыграла и асимметрия, благодаря ей люди научились разнообразить и преобразить искусство.

Поэтому объектом моего исследования стали описание картины Леонардо да Винчи «Мадонна Лита», и покорившая меня греческое античное искусство. В нем очень точно изображена симметрия, подчеркнута красота.

§1. Понятие о симметрии и асимметрии.

Симметрия. Симметрия в искусстве вообще и в изобразительном в частности берет свое начало в реальной действительности, изобилующей симметрию устроенными формами.

Для симметричной организации композиции характерна уравновешенность ее частей по массам, по тону, цвету и даже по форме. В таких случаях одна часть почти зеркально похожа на вторую. В симметричных композициях чаще всего имеется ярко выраженный центр. Как правило, он совпадает с геометрическим центром картинной плоскости. Если точка схода смещена от центра, одна из частей более загружена по массам или изображение строится по диагонали, все это сообщает динамичность композиции и в какой-то мере нарушает идеальное равновесие.

Правилом симметрии пользовались еще скульпторы Древней Греции. Примером может служить композиции западного фронтона храма Зевса и Олимпии. В основу ее положена борьба лапифов (греков) с кентаврами в присутствии бога Аполлона. Движение постепенно усиливается от края к центру. Оно достигает предельной выразительности в изображении двух юношей, которые замахнулись на кентавров. Нарастающее движение как бы сразу обрывается на подступах к фигуре Аполлона, спокойно и величественно стоящего в центре фронта.

Представление об утраченных произведениях знаменитых живописцев V века до н. э. можно составить по античной вазописи и помпейским фрескам, навеянным, как полагают исследователи, произведениями греческих мастеров эпохи классики.

Симметричные композиции наблюдались и у греческих мастеров IV – III веков до н. э. Об этом можно судить по копиям фресок. В помпейских фресках главные фигуры находятся в центре пирамидальной композиции, отличающейся симметрией.

К правилам симметрии нередко прибегали художники при изображении торжественных многолюдных собраний, парадов, заседаний в больших залах и т. д.

Большое внимание правилу симметрии уделяли художники раннего Возрождения, о чем свидетельствует монументальная живопись (например, фрески Джотто). В эпоху Высокого Возрождения итальянская композиция достигла зрелости. Например, в картине «Святая Анна с Марией и младенцем Христом» Леонардо да Винчи компонует три фигуры в заостренный кверху треугольник. В правом нижнем углу он дает фигурку агнца, которого держит маленький Христос. Все скомпоновано таким образом, что этот треугольник только угадывается под объемно-пространственной группой фигур.

Симметричной композицией можно назвать и «Тайную вечерю» Леонардо да Винчи. В этой фреске показан драматический момент, когда Христос сообщил своим ученикам: «Один из вас предаст меня». Психологическая реакция апостолов на эти вещие слова связывает персонажей с композиционным центром, в котором находится фигура Христа. Впечатление целостности от этой центростремительной композиции усиливается еще и тем, что художник показал помещение трапезной в перспективе с точкой схода параллельных линий в середине окна, на фоне которого четко рисуется голова Христа. Таким образом, взор зрителя невольно направляется к центрально фигуре картины.

Среди произведений, демонстрирующих возможности симметрии, можно также назвать «Обручение Марии» Рафаэля, где нашли наиболее полное выражение приемы композиции, характерные для эпохи Возрождения.

Картина В. М. Васнецова «Богатыри» также построена на основе правила симметрии. Центром композиции является фигура Ильи Муромца. Слева и справа, как бы в зеркальном отражении, размещены Алеша Попович и Добрыня Никитич. Фигуры расположены вдоль картинной плоскости спокойно сидящими на конях. Симметричное построение композиции передает состояние относительного покоя. Левая и правая фигуры по массам не одинаковы, что обусловлено идейным замыслом автора. Но обе они менее мощные по сравнению с фигурой Муромца и в целом придают полное равновесие композиции.

Устойчивость композиции вызывает у зрителя чувство уверенности в непобедимости богатырей, защитников земли русской. Мало того, в «Богатырях» передано состояние напряженного покоя на грани перехода в действие. А это значит, что и симметрия несет в себе зародыш динамического движение во времени и пространстве.

Асимметрия. Асимметрия по структуре своей противоположна явлению симметрии. Если композиция построена асимметрична, то она, как правило, не симметрична, и, наоборот, если композиция симметрична, то она, как правило, не асимметрична. Это в полнее доказывает, что симметрия и асимметрия являются взаимно обусловленными правилами композиции.

Если симметричное расположение изображаемых предметов в живописи, рисунке, декоративном панно, фреске, плакате, в барельефе, скульптурной группе создает впечатление композиционного равновесия и порою почти зеркальной схожести левой и правой частей произведения, то в асимметричной композиции равновесие достигает введением пространственных пауз между предметами, которые при этом либо приближаются друг к другу, либо отдаляется. Равновесие достигает и через противопоставление больших и малых форм, контрастов темного и светлого, яркого и приглушенного по цвету.

В асимметричной децентрализованной композиции иногда равновесие сознательно ослабляется или даже совсем отсутствует, например в тех случаях, когда смысловой центр находится ближе к одной из сторон композиции, а другая ее часть менее загружена. Если сюжет раскрывается через контрасты положений, контрасты социальные и психологические, характеризующие главного героя или группировки фигур, расположенных друг от друга на расстоянии, то внешне, кажется, что они расчленяют композицию по принципу симметрии. На самом же деле двучастное противопоставление образует единство противоположностей, которое придает равновесие композиции.

Примерами асимметричного построения с достижением равновесия композиции могут служить такие полотна, как «Последний день Помпеи» К. П. Брюллова, «На старом уральском заводе» Б. В. Иогансона, «Раздолье» А. А. Дейнеки и многие, многие другие.

На картине «Раздолье» изображены девушки-спортсменки, бегущие снизу, от реки, вверх, по крутому высокому берегу. На втором и дальних планах открываются широкие дали пейзажа средней полосы России. Стремительный порыв, объединяющий бегущих девушек, создает впечатление ритма и динамичности композиции. Степень интенсивности движения нарастает из глубины и наиболее активно проявляется на переднем плане. Бесспорно, что композиция не симметричная. Чередование же светлых фигур с элементами пейзажа уравновешивает динамичную композицию, воспринимаемую цельным и ритмичным произведением.

Параллельность в композиции. Практика показывает, что не следует помещать по краям композиции формы, параллельные раме, если по смыслу не требуется соединения их с рамой, так как они почти всегда оптически воспринимаются как бы прилипшими к обрамлению картиной плоскости.

Прямолинейные формы допустимы вблизи края картины лишь в тех случаях, когда их вертикали (или горизонтали) частично перекрываются первопланным изображением. Например, в портрете Александра Борро (долгое время портре6т приписывался Веласкесу) стоящая в профиль фигура с огромным выпяченным животом заключена между колонной и пилястрой, которые прямо параллельны раме картины. «И поразительно, – пишет Е. А. Кибрик, – фигура его не только становится в этих условиях комичной, но, наоборот, получается особенно величественной и мощной, а линии пилястры и колонны великолепно держат композицию, нисколько ее не разрушая».

Но данное правило находит иногда применение и в тех условиях, когда параллельность форм и рамы на переднем плане не перекрывается другими предметами. Например, в помпейских фресках мы видим параллельность колонн и пилястр в картине с колоннами и пилястрами в архитектуре. Это наглядно показывает связь реального пространства помещения с изображаемым во фреске, зрительно увеличивая иллюзорное пространство.

Расположение главного на втором плане. Как мы уже отмечали, в большинстве случаев главное действующее лицо или группа размещается в композиции на втором плане, в то время как первый план служит как бы подходом к ним. Все остальные пространственные планы осуществляют функцию дополнительную. Вместе с первым планом они создают окружение, обстановку для главного действия, образуют его «декоративное обрамление», так или иначе связанное с происходящим на втором плане. Примерами могут служить такие произведения, как «Афинская школа» Рафаэля, «Явление Христа народу» А. И. Иванова, «Воскрешения дочери Иаира» И. Е. Репина, «Последний день Помпей» К. П. Брюллова.

§2. Написание картины «Боярыня Морозова» В. И. Суриковым.

Картина – это отнюдь не цветная фотография. Взаимное расположение фигур, сочетания поз и жестов, выражение лиц, чередование цвета, комбинация тонов – все это тщательно обдумывается художником, заботящимся об определенном эмоциональном воздействии картины на зрителя. Используя асимметричные элементы, художник должен создать нечто, обладающее в целом скрытой симметрией. О своей работе над картиной В. И. Суриков писал так: «А какое время надо, чтобы картина утряслась так, чтобы переменить ничего нельзя было. Действительные размеры каждого предмета найти нужно. Важно найти замок, чтобы все части соединить. Это – математика».

Конечно, трудно анализировать симметрию такой сложной картины, как «Боярыня Морозова». Однако можно проделать простой опыт, обнаруживающий наличие в картине некоей скрытой симметрии. Надо посмотреть на изображение этой картины в зеркале, то есть поменять в картине левое на правое (и наоборот). Оказывается, что при этом загадочный эффект движения саней исчезает!

Картина с более простой композицией. Можно обратиться к хранящейся в Эрмитаже картине гениального итальянского художника и ученого Леонардо да Винчи «Мадонна Лита».

Обратите внимание: фигуры мадонны и ребенка вписываются в правильный треугольник, который вследствие своей симметричности особенно ясно воспринимается глазом зрителя. Благодаря этому мать и ребенок сразу же оказываются в центре внимания, как бы выдвигается на передний план. Голова мадонны совершено точно, но в то же время естественно помещается между двумя симметричными окнами на заднем плане картины. В окнах просматриваются спокойные горизонтальные линии пологих холмов и облаков. Все это создает ощущение покоя и умиротворенности, усиливаемое за счет гармоничного сочетания голубого цвета с желтоватым и красноватыми тонами.

Внутренняя симметрия картины хорошо ощущается. А что можно сказать об асимметрии? Асимметрия хорошо проявляется, например, в тельце ребенка, которое неправильно разрезает упомянутый выше треугольник. И кроме того, есть одна в вышей степени выразительная деталь. Благодаря взаимной замкнутости, завершенности линии фигуры мадонны создается впечатление полного безразличия мадонны к окружающему миру, и в частности к зрителю. Мадонна вся сосредоточена на младенце; она нежно держит его, нежно глядит на него. Все ее мысли сосредоточены только на нем. И вдруг вся эта замкнутость картины в себе исчезает, как только мы встречаемся со взглядом ребенка. Именно здесь внутренняя уравновешенность композиции нарушается: спокойный и внимательный взгляд ребенка обращен прямо на зрителя, через него картина раскрывается во внешний мир. Попробуйте мысленно убрать эту чудесную симметрию, повернуть лицо младенца к матери, соединить их взгляды. Разве вы не чувствуете, что от этого картина сразу становится беднее, выразительнее? Получается, что всякий раз, когда мы, восхищаясь тем или иным произведением искусства, говорим о гармонии, красоте, эмоциональности воздействия, мы тем самым касаемся одной и той же неисчерпаемой проблемы – проблемы соотношения между симметрией и асимметрией. Также мы видим, что симметрия играет определяющую роль не только в процессе научного познания мира, но также и в процессе его чувственного эмоционального восприятия. Природа – наука – искусство. Во всем мы обнаруживаем извечное единоборство симметрии и асимметрии.

§3. Что такое архитектура?

Архитектура, или зодчество, – это система зданий сооружений, формирующих пространственную среду для жизни и деятельности людей. Это отдельные знания и их ансамбли, площади и проспекты, парки и стадионы, поселки и целые города. Каждое из сооружений имеет определение назначение: для жизни или труда, отдыха или учебы, торговли или транспорта и пр. Все они прочны, удобны и необходимы людям – это их обязательные свойства. Но есть у этих сооружений и зданий и другие важные свойства – красота и способность вызывать у зрителей определенные чувства и настроения. Именно эти качества и делают архитектуру искусством, и, как всякий вид искусства, архитектура тесно связана с жизнью общества, его взглядами и идеологией.

Однако архитектурой называют не только систему зданий и сооружений, организующих пространственную среду, но и само искусство создавать здания и сооружения по законам красоты. А людей, которые их создают, называют архитекторами.

Итак, архитектура организует пространство. Архитекторы создают здания, сооружения, целые поселки и города не только целесообразные и удобные для жизни и деятельности, но и одновременно красивые и эмоционально воздействующие на человека. Иначе говоря – функциональные, конструктивные и эстетические качества (польза, прочность и красота) в архитектуре взаимосвязаны.

Различают три основных вида архитектуры.

Первый – архитектура объемных сооружений. Она включает жилые дома. Общественные здания (школы, театры, стадионы, магазины и др.). Промышленные сооружения (заводы, фабрики, электростанции и др.).

Второй вид – ландшафтная архитектура. Она главным образом связана с организацией садово-паркового пространство. Это городские скверы, бульвары. Парки с «малой» архитектурой – беседками, мостиками, фонтанами, лестницами.

Третий вид архитектуры – градостроительство. Оно охватывает создание новых городов и поселков и реконструкцию старых городских районов. Градостроитель должен выбрать территорию, наметить, где разместятся жилые, общественные и промышленные зоны и связывающие их транспортные магистрали, предусмотреть возможность дальнейшего расширения города. Он должен подумать и о красоте будущего города, о сохранении исторических памятников, о месте новых городских ансамблей.

3. 1 От чего зависит красота?

Творческий поиск наиболее интересной композиции архитектурного произведения и отделка поверхностей создаваемого здания составляют сущность работы архитектора. Проектируя, архитектор ищет наилучшее, наиболее гармоничное сочетание основных частей будущего архитектурного произведения и его деталей. Однако выбор композиции не произволен, так как зодчий обязан считаться с назначением сооружения, его конструкцией, климатом местности, где ведется строительство, окружением будущей постройки. Все это и определяет величину и форму сооружения, деталей его отделки, иначе говоря – язык архитектуры.

Например, функция здания, т. е. его назначение, характер происходящих в нем процессов, определяет величину и габариты внутреннего пространства, а следовательно, внешнюю форму здания. Согласитесь, что жить удобнее в квартире с несколькими комнатами среднего размера, чем в одной и чрезмерно большой. А вот смотреть кинофильмы удобнее в просторном зале без окон и с наклонным полом. Поэтому в жилом доме делают много комнат с окнами, балконами и лоджиями, а в кинотеатре – большую глухую коробку зала. Так функция независимо от воли архитектора влияет на композицию сооружений, задает им характерный облик.

Конструкции ограждают внутреннее пространство зданий, обеспечивают сооружению прочность и долговечность. В разные периоды истории применялись разные строительные материалы и, соответственно, разные конструкции. Естественно, что новые конструкции оказывали влияние на архитектурные формы. Например, в Древнем Египте основным строительным материалом был камень, и зодчие применяли только один тип конструкции – стоечно-балочный. Чтобы перекрыть большое пространство тяжелыми каменными балками, под низ приходилось ставить множество опор на расстоянии всего 3–4 м друг от друга. Помещение получалось тесным, похожим на каменный лес.

Архитекторы Древнего Рима благодаря изобретению бетона и применению арочных, сводчатых и купольных конструкций значительно увеличили расстояние между опорами. Например, бетонный купол, перекрывающий зал Пантеона, достигает в диаметре 40 м, а толщина его около 1 м. Для сравнения скажем, что современные висячие конструкции из искусственных материалов позволяют получать свободные пространства пролетом до 200 м при толщине покрытия всего 12–15 см!

Условия строительства на нашей планете весьма разнообразны: они во многом зависят от климата. В южных странах люди прячутся от палящих солнечных лучей, ищут прохлады и освежающего ветерка, а в северных, наоборот, защищаются от холода, пронизывающего ветра и «ловят» недолгое солнце. Поэтому на севере здания строят более замкнутыми, с толстыми стенами, небольшими окнами, обращенными на солнечную сторону. А для Крайнего Севера, где ночь длится несколько месяцев, даже проектируют дома с внутренними переходами и садами с искусственным климатом. Зато на юге стараются разместить помещения свободнее, доступнее ветру. Стены делают тонкими, окна большими и при этом защищают их от солнца жалюзи или декоративными растениями. Здания окружают открытыми террасами с теневыми навесами, во дворах сажают деревья и кустарники. По-разному приходится проектировать дома больших городов и для сельской местности, для районов, где частные землетрясения, и для тех районов, где их не бывает, и т. д.

Однако нетрудно заметить, что даже и здания схожего назначения, находящегося на одинаковых условиях, отличаются друг от друга, имеют разные композиции. Взять хотя бы жилые многоэтажные дома: один высокий, как башня, другой – в виде длинной прямой пластины, третий изгибается по кругу. У них одинаковое назначение и похожие конструкции, они рассчитаны на один и тот же климат, стоят в одном городе, однако фантазия зодчего на каждого из них нашла свою форму, свою группировку помещений, свой рисунок наружного объема и деталей. Так возникают сооружения со своими индивидуальными чертами, по которым мы узнаем их и отличаем одного от другого. И каждое из них, благодаря творческому поиску зодчего, по-разному влияет на наши чувства. Одно имеет торжестве6нный, праздничный облик, другое – строгий, третье – лирический, интимный и т. д.

Чем же достигает архитектор эмоционального воздействия на зрителя? Его главные художественные средства – формы зданий и их элементов. Архитектор может сделать эти формы тяжелыми или легкими, спокойными или динамичными, однотонными или цветными, добиваясь при этом, чтобы отдельные части здания согласовывались между собой и со всем зданием в целом. Такое согласование приводит к единому впечатлению – гармонии. Достигается это при помощи ряда художественных приемов.

Одни здания имеют симметричную композицию, т. е. одинаковое расположение отдельных элементов здания относительно оси симметрии, которая отмечает центр композиции. Другое – асимметричную композицию. В таких зданиях соединяются контрастные по форме, цвету и материалу объемы, что приводит к динамичному архитектурному образу. При асимметричной композиции главная часть здания смещается в сторону от центра.

Большое организующее значение в архитектурной композиции принадлежит ритму, т. е. четкому распределению повторяющихся в определенном порядке отдельных элементов и деталей здания: выступов, колон, окон, плоскостей стен, скульптур. Чередование отдельных элементов в вертикальном направлении называется вертикальным ритмом, он придает зданию впечатление легкости, устремленности вверх.

Наоборот, чередование деталей в горизонтальном направлении – горизонтальный ритм – придает зданию приземистость, устойчивость. Собирая, сгущая отдельные детали в одном месте и разрежая их в другом, архитектор может подчеркнуть центр композиции, придать зданию динамичный или статичный характер.

Другое средство архитектурной композиции – масштаб здания. Он зависит не от действительных его размеров, а от общего впечатления, которое оно производит на человека. Например, в современных микрорайонах общественные здания всегда меньше по объему, чем жилые многоэтажные здания, но они производят впечатления главных, крупномасштабных благодаря более крупным членениям их форм. О таких зданиях говорят, что они имеют крупный масштаб. Жилые дома, хотя они в действительности и больше по размеру, имеют мелкий масштаб, так как у них мелкие детали (окна, лоджии, балконы).

Большая роль в выявлении формы здания и его деталей, в создании выразительного архитектурного образа принадлежит освещению. Игра света и тени подчеркивает композиционные особенности сооружения, придает ему более живописный вид. Широко используется в архитектуре свет. Его применяют и снаружи, и внутри сооружений. В странах северных широт для окраски отдельных деталей фасадов чаще применяют яркие цвета, так как там трудно надеяться на постоянную помощь света и тени. Например, Древнерусские церкви строились из белого камня, красного кирпича и украшались разноцветной керамикой.

Язык архитектуры богат и сложен. И только при согласованном использовании всех средств и приемов архитектурной композиций возникает яркий художественно выразительный архитектурный образ.

3. 2 Каменная «летопись».

Историю изучают по многим памятникам старины, среди которых произведения архитектуры – одни из самых интересных. Время проходит, а они остаются, как живые свидетели прошлого, как шедевры человеческого гения. И сегодня зрителя продолжают волновать архитектурные образы, созданные зодчими разных эпох, начиная с самой глубокой древности.

Архитектура всегда была тесно связана с историей развития общества, его мировоззрением и идеям, с уровнем развития строительной техники, с представлением человека о пользе и красоте. Все это влияло на архитектурный стиль, т. е. исторически сложившуюся совокупность художественных средств и приемов. Архитектурный стиль проявляется в способах организации пространства, выборе характерных для данной эпохи архитектурных форм, их пропорций и декоративных украшений. Знакомство с различными архитектурными стилями многое может рассказать о прошлом человека.

Архитектура древнего мира рассказала нам о жизни древнейших рабовладельческих государств. Пирамиды и храмы Египта, зиккураты Ассирии, дворцы Персии, ступы Индии, храмы и дворцы Мексики утверждали незыблемость и могущество власти божества и правителей. Стоя рядом с гигантскими культовыми сооружениями или входя в них, человек чувствовал себя ничтожным и беспомощным перед небесными и земляными владыками. Зодчие стремились в каждой части постройки создать впечатление таинственности, вызвать веру в сверхъестественные силы, подавить человека.

Все сооружения древней архитектуры благодаря большим размерам и членениям имели крупный масштаб.

В античной архитектуре, и особенно в постройках Древней Греции, величина зданий и их деталей была соразмерна человеку. Поэтому здания не подавляли человека, а рождали в нем уверенность в собственных силах и жизнерадостность. Величайшая заслуга греческих зодчий – создание архитектурного ордера – особого приема художественного оформления несущих и несомых частей в стоечно-балочной каменной конструкции.

В Древней Греции существовало три ордера – дорический, ионический и коринфский. Они имели общие основные элементы: капитель, колонну, архитрав, фриз, карниз – и отличались пропорциями и декоративной обработкой.

Благодаря пропорциям ордера, его чудесному свойству делать каменные массы здания близкими и понятными человеку, возвеличивающими его, античная архитектура стала надолго образцом для зодчих последующих поколений. Удивительно гармоничные, светлые и легкие греческие храмы из белого мрамора и камня сияли под лучами солнца, радовали и восхищали людей своей красотой.

Сооружения Древнего Рима более грандиозны и пышно украшены. Римские архитекторы использовали крупный масштаб, чтобы прославить могущество и силу Рима, государства, завоевавшего полмира. Однако благодаря использованию ордера монументальная римская архитектура, так же как и греческая, соразмерна с человеком и не подавляет его.

Образы древнерусской архитектуры в нашем сознании навсегда связаны с белокаменными стенами, золочеными главками куполов, шатрами колоколен и многоцветными узорами настенных росписей. В разных областях Руси были и свои отличия в архитектуре. Так, белокаменные соборы Владимира и Суздаля поражают изяществом форм и пропорций, богатством и тонкостью каменной резьбы. Постройкам Новгорода свойственна строгая красота. Псковские зодчие любили создавать живописную асимметричную композицию из объема здания, купола и звонницы.

Эпоха Возрождения в странах Западной Европы знаменует приближающийся конец феодального строя и становление капитализма. По словам Ф. Энгельса, это была «. эпоха, которая нуждалась в титанах и которая породила титанов». Она ознаменовала бурным развитием искусства, и прежде всего изобразительного. Красота человека и окружающего мира становится главным содержанием искусства. Возникает стиль ренессанс, в котором возрождались ясные и спокойные формы античности. Греческие ордера, которые стали широко использоваться, вернули зданиям «человечный» масштаб, сделали их стройнее, изящнее. В ренессансной архитектуре античные ордера не копировались, а применялись свободно, часто как декоративные, наложенные на стену в сочетании с новыми архитектурными элементами. Украшенные тонким скульптурным рельефом или цветным мозаичным орнаментом, строгие, торжественные и вместе с тем такие соразмерные человеку, здания той эпохи необыкновенно изящны.

Большую помощь архитекторам оказывает современная техника. Она создает новые конструкции, новые материалы, не виданные ранее строительные машины. Это позволяет наращивать этажи жилых зданий, делать наши дома живописнее, разнообразнее. Это делает архитектуру лучше, а нашу жизнь – удобнее и красивее.

§4. Античное искусство.

От времени расцвета древнегреческого искусства нас отделяют две с половиной тысячи лет. Все в мире с тех пор неузнаваемо изменилось. Но сила и слава античного искусства оказалось вечной. Ника Самофракийская доныне победно трубит в свой утраченный рог, и не какие бури столетий не могут заглушить беззвучного шума ее мраморных крыльев.

Античность осталась и вечной школой художников. Когда начинающий художник приходит в классы, ему дают рисовать торс Геракла, голову Антиноя. Период ученичества остается далеко позади, а зрелый мастер снова и снова обращается к образам античности, разгадывая тайну их гармонии и неувядаемой жизни.

Посмотрим на карту мира – нас удивит, какой небольшой по размерам была великая колыбель культуры, Древняя Греция. Это клочок земли в бассейне Средиземноморья: южная часть Балканского полуострова, острова Эгейского моря и узкая полоса малоазиатского побережья. Все население Афинского полиса – самого сильного греческого государства и главного очага античной культуры – не превышало, вероятно, двухсот-трехсот тысяч человек; по нашим современным масштабам это совсем мало. Несравнимо с современностью было и производство: мелкие ремесленные мастерства, где трудились вручную, топором, пилой и молотом, не зная никаких машин, сами хозяева и их «одушевленные орудия» – рыбы. И в этом маленьком, казалось бы, примитивном мирке родилась и расцвела гигантская культура, не состарившаяся даже через тысячелетия! Не чудо ли это? Не случайно, что некоторые ученые действительно употребляли выражение «греческое чудо».

4. 1 Греческая Архаика.

Новое искусство всегда вырастает на почве старого, формируется в нем, но не порождается им: для зарождения нового необходимо вмешательство творящего, движущего фактора, каким в истории культуры является социальное развитие, обновление общественных отношений. В искусстве греческой архаики можно подметить «наследственные» черты преемственности и с крито-микенским и с геометрическим стилем, а также и явные следы влияния соседних восточных культур, – но того качественно нового, главного, что есть в архаике, мы не поймем, если не примем во внимание социальные сдвиги эпохи. Они определили собой становление новой культуры, нового художественного стиля. Говоря коротко, они заключались в переходе к развитым формам рабовладельческого строя, причем в Греции, в отличие от стран Древнего Востока, складывался не монархический, а республиканский образ правления. Правил не единоличный властелин, поддерживаемый старой родовой аристократией, а целый коллектив рабовладельцев, свободных граждан полиса – города-государства. В острой и напряженной политической борьбе демоса против родовой аристократией побеждал демос. Только в Спарте и немногих греческих центрах аристократия устояла и упрочила за собой власть, в большинстве же полисов политическая борьба приводила к демократизации – в одних раньше, в других несколько позже.

Этот путь исторического развития воспитал у греков особое мировоспитание. Он научил по достоинству ценить реальные способности и возможности человека – не сверхчеловека, не высокомерного властелина простых смертных, а обычного, свободного, политически активного человека-гражданина. Именно эти способности и возможности были возведены в высший художественный принцип, в эстетический идеал Греции.

В понимание египтян или ассирийцев герой могуч своей таинственной причастностью к миру стихий: его сила – сила льва, его мудрость – мудрость коршуна или змеи, его жилище подобно громадной горе или дремучему лесу. Греческий герой, напротив, побеждает своим чисто человеческим хитроумием, ловкостью и слаженностью небольшого, но идеально приспособленного ко всевозможным действиям, гармонически пропорционального тела. Греческое искусство стремится к человеческой мере во всем; его излюбленный образ – стройный юноша-атлет. Греческая архитектура не грандиозна, но основана на началах ясной и целесообразной тектоники несущих и несомых частей. Сама греческая мифология, в отличии от зооморфной восточной мифологии, целиком антропоморфна: олимпийские боги победившие чудовищ и гигантов, обладают человеческой внешностью, человеческими достоинствами и даже человеческими слабостями. Они сердятся, увлекаются, ошибаются, интригуют – все это не мешает быть существам сильными и прекрасными. Ничто человеческое не чужда героем античной мифологии и античного искусства.

Знаменитая ваза с осьминогом – произведение в своем роде уникальное по смелости художественного решения и вместе с тем очень характерное для Эгейского стиля. Сама форма вазы асимметрична: словно подчиняясь волнообразным движениям щупальцев осьминога, она как будто бы то расплывается, то сокращается, колышется и пульсирует. Затем в нашем, современном прикладном искусстве за последние годы очень возрос интерес к эгейской керамике.

Критская ваза стиля Камарес – примерно ΧVIII век до н. э. Она, может быть, несколько симметричнее по форме и рисунок, чем уже знакомая нам ваза с осьминогом. Узор из мягко изгибающихся растений и звезд, напоминающих морскую флору, покрывает сплошь все туловище сосуда, обтекает его кругом, нигде не прерываясь, захватывая и носик сосуда и ручки. Рядом – дипилонская амфора IΧ века до н. э. – характерный образец геометрического стиля. После вазы Камарес она покажется крайне сухой, а вместе с тем и какой-то наивной. Вся она старательно расчленена на горизонтальные ленты, каждая лента заполнена однообразным геометрическим узором типа меандра. Друг с другом горизонтальные поля не сообщаются. В одном из полей – сюжетный мотив: похоронная процессия, но на первый взгляд кажется, что тут просто разновидность того же геометрического орнамента. Фигурки людей составлены из черных треугольников и полочек, все они одинаковые, расстояния между ними тоже одинаковы. Наконец, ваза VI века до н. э. , расписанная знаменитым Эксекием на сюжет «Илиады». От критской вазы ее отличает прежде всего четкость и ясность конструкции, а от дипилонской – гармоничность и жизнеподобие этой конструкции. Форма вазы отчетливо членится на составляющие ее части: внизу круглая устойчивая подставка, на ней яйцеобразное туловище, которое переходит в горло вазы, слегка расширенное кверху, по бокам две симметричные ручки. Это тип амфоры в основном тот же, что в дипилонском сосуде, состоящий из тех же частей, но легко заметить, что здесь эти части образуют органическое и живое целое. В дипилонской амфоре горловая часть слишком резко отделяется от туловища, кажется приставленной к нему, а в амфоре Эксекия она плавно вырастает из тела вазы. Ручки на дипилонском сосуде слишком малы, а здесь они строго пропорциональны и своим красивым широким изгибом естественно продолжают и завершают линии нижней части амфоры.

Можно сказать так в первом из этих трех сосудов перед нами нерасчлененное, слитное единство формы, во втором – резкое и не вполне гармоничное разделение ее на конструктивные части, в третьем – вновь достигнутое живое единство, но уже на основе ясного продуманного членения.

Искусство архаики во всем строго архитектонично, архитектурно: оно строит, мерит, соразмеряет и уравновешивает, веря, что в мире должен царить порядок. Но оно смотрит на мир светлыми, радостно-удивленным взглядом, как смотрят золотоволосые коры, некогда украшавшие афинский Акрополь. Выводом хочу сделать что именно в греческой архаике видна симметрия в искусстве.

4. 2. Греческая Классика.

Греческое искусство, в дальнейшем своем развитии изменяясь, сохранило в основе начала, заложенные уже в архаике. В стиле греческого классического искусства слиты жизнеподобие и мера, или, иначе говоря, живая чувственная непосредственность и рациональная конструктивность. Каждое из этих качеств в отдельности не представляет ничего загадочного, весь секрет их слиянии, взаимопроникновении. Оно во всем – в архитектуре, в живописи и в пластике.

Попробуем мысленно представить себе общий ансамбль греческого искусства т. е. попробуем мысленно реконструировать (восстановить образ) комплекс Афинского Акрополя, каким он был в классическую эпоху. Многократно разрушавшийся, ограбленный, превращенный в руины, этот памятник золотого века античной культуры и сейчас, в развалинах сохраняет свою гармонию и величавость.

Акрополь – большой продолговатый холм возвышающий над городом и венчающий его храмами, посвященными покровительнице города Афине – богине мудрости и труда. Общий ансамбль Акрополя – это кристалл греческого классического искусства; в нем, выражены его главные черты. Сама планировка Акрополя на первый взгляд непринужденна. Зодчий явным образом избегали фронтальности, симметрии, параллелизма. Но в этой свободной планировке все продуманно и выверено, очевидная симметричность заменена более сложными принципами ритма и равновесия. В самом деле: справа от Пропилей – миниатюрный храм-беседка Ники Аптерос, слева – приземистое массивное и гораздо большее по размерам помещение пинакотеки. Теперь присмотримся ближе к самому зданию Парфенона. Он как будто бы элементарно «геометричен», а вместе с тем он производит впечатление одушевленного организма. Кажется, что он не выстроен на основе чертежа, с помощью линейки и циркуля, а «рожден» землей Греций, «вырос» на вершине ее холма. Откуда это ощущение живой телесности здания?

Оказывается, геометрическая правильность Парфенона на каждом шагу сопровождается легкими отклонениями от правильности. Горизонтальные линии Парфенона тоже не строго горизонтальны, они имеют некоторую кривизну, волнообразно приподымаясь к центру и понижаясь по сторонам. Вот такого рода отступления от правильной геометричности и уподобляют здания живущему организму – очень конструктивному, но чуждому абстрактности и схемы. И здесь, как в планировке, как во всем греческом искусстве, мы находим соединение тонкого расчета и чувственного жизнеподобия.

Преклонение греков перед красотой и мудрым устройством телесного облика человека было настолько велико, что они эстетически мыслили его не иначе, как в статуарной законченности и завершенности, позволяющей оценить величавость осанки, гармонию телодвижений.

Лица греческих статуй имперсональны, то есть мало индивидуализированы, приведены к немногим вариациям общего типа, но этот общий тип обладает высокой духовной емкостью. В греческом типе лица торжествует принцип «человеческого» в его идеальном варианте. Правильный, нежный овал; прямая линия носа продолжает линию лба и образует перпендикуляр линии, проведенной от начала носа до отверстия уха. Продолговатый разрез довольно глубоко сидящих глаз. Небольшой рот, полные выпуклые губы, верхняя губа тоньше нижней и имеет красивый плавный вырез, наподобие «лука амура». Подбородок крупный и круглый. Волнистые волосы мягко и плотно облегают голову, не мешая видеть правильную округлую форму черепной коробки.

Эта «классическая» красота может показаться однообразной, но она представляет собой столь выразительный «природный облик духа» – как говорил Гегель, что оказывается вполне достаточной для воплощения различных типов античного идеала.

Симметрия ассоциируется с гармонией и порядком. И не зря. Потому что на вопрос, что такое симметрия, есть ответ в виде дословного перевода с древнегреческого. И получается, что она означает соразмерность и неизменность. А что может быть упорядоченней, чем строгое определение местоположения? И что можно назвать более гармоничным, чем то, что строго соответствует размерам?

Что означает симметрия в разных науках?

Биология. В ней важной составляющей симметрии является то, что животные и растения имеют закономерно расположенные части. Причем в этой науке не существует строгой симметрии. Всегда наблюдается некоторая асимметрия. Она допускает то, что части целого не совпадают с абсолютной точностью.

Физика. Система тел и изменения в ней описываются с помощью уравнений. В них оказываются симметричные составляющие, что позволяет упростить все решение. Это выполняется благодаря поиску сохраняющихся величин.

Математика. Именно в ней в основном и дается разъяснение, что такое симметрия. Причем большее значение ей уделяется в геометрии. Здесь симметрия — это способность к отображению у фигур и тел. В узком смысле она сводится просто к зеркальному отображению.

Как определяют симметрию разные словари?

В какой бы из них мы ни заглянули, везде встретится слово «соразмерность». У Даля можно увидеть еще и такое толкование, как равномерие и равнообразие. Другими словами, симметричное - значит одинаковое. Здесь же говорится о том, что она скучна, интереснее смотрится то, в чем ее нет.

На вопрос, что такое симметрия, словарь Ожегова уже говорит об одинаковости в положении частей относительно точки, прямой или плоскости.

В словаре Ушакова упоминается еще и пропорциональность, а также полное соответствие двух частей целого друг другу.

Когда говорят об асимметрии?

Приставка «а» отрицает смысл основного существительного. Поэтому асимметрия означает то, что расположение элементов не поддается определенной закономерности. В ней отсутствует всякая неизменность.

Этот термин используется в ситуациях, когда две половины предмета не являются полностью совпадающими. Чаще всего они совсем не похожи.

В живой природе асимметрия играет важную роль. Причем она может быть как полезной, так и вредной. К примеру, сердце помещается в левую половину груди. За счет этого левое легкое существенно меньшего размера. Но это необходимо.

О центральной и осевой симметрии

В математике выделяют такие ее виды:

• центральная, то есть выполненная относительно одной точки;
• осевая, которая наблюдается около прямой;
• зеркальная, она основывается на отражениях;
• симметрия переноса.

Что такое ось и центр симметрии? Это точка или прямая, относительно которой любой точке тела найдется другая. Причем такая, чтобы расстояние от исходной до получившейся делилось пополам осью или центром симметрии. Во время движения этих точек они описывают одинаковые траектории.

В ситуациях, когда необходимо найти центр симметрии, нужно поступать следующим образом. Если фигур две, то найти у них одинаковые точки и соединить их отрезком. Потом разделить пополам. Когда фигура одна, то помочь может знание ее свойств. Часто этот центр совпадает с точкой пересечения диагоналей или высот.

Какие фигуры являются симметричными?

Геометрические фигуры могут обладать осевой или центральной симметрией. Но это не обязательное условие, существует множество объектов, которые не обладают ею вовсе. К примеру, параллелограмм обладает центральной, но у него нет осевой. А неравнобедренные трапеции и треугольники не имеют симметрии совсем.

Если рассматривается центральная симметрия, фигур, обладающих ею, оказывается довольно много. Это отрезок и круг, параллелограмм и все правильные многоугольники с числом сторон, которое делится на два.

Центром симметрии отрезка (также круга) является его центр, а у параллелограмма он совпадает с пересечением диагоналей. В то время как у правильных многоугольников эта точка тоже совпадает с центром фигуры.

Если в фигуре можно провести прямую, вдоль которой ее можно сложить, и две половинки совпадут, то она (прямая) будет являться осью симметрии. Интересно то, сколько осей симметрии имеют разные фигуры.

К примеру, острый или тупой угол имеет только одну ось, которой является его биссектриса.

Если нужно найти ось в равнобедренном треугольнике, то нужно провести высоту к его основанию. Линия и будет осью симметрии. И всего одной. А в равностороннем их будет сразу три. К тому же, треугольник обладает еще и центральной симметрией относительно точки пересечения высот.

У круга может быть бесконечное число осей симметрии. Любая прямая, которая проходит через его центр, может исполнить эту роль.

Прямоугольник и ромб обладают двумя осями симметрии. У первого они проходят через середины сторон, а у второго совпадают с диагоналями.

Квадрат же объединяет предыдущие две фигуры и имеет сразу 4 оси симметрии. Они у него такие же, как у ромба и прямоугольника.

Как уже указывалось ранее, негласный лозунг физиков-теоретиков «правильная теория должна быть красивой» находит свое место в построении новых теоретических моделей и связан зачастую с симметрийными представлениями, а эстетический фактор играет при этом не последнее значение.

Интуитивно симметрия в своих простых формах понятна любому человеку и часто мы выделяем ее как элемент прекрасного и совершенного. В известной мере симметрия отражает степень упорядоченности системы. Например, окружность, ограничивающая каплю на плоскости, более упорядочена, чем размытое пятно на этой же площади, и следовательно, более симметрична. Поэтому можно связать изменение энтропии как характеристики упорядочения с симметрией: чем более организовано вещество, тем выше симметрия и тем меньше энтропия.

Одно из определений понятий симметрии и асимметрии дал В. Готт : симметрия - понятие, отражающее существующий в природе порядок, пропорциональность и соразмерность между элементами какой-либо системы или объекта природы, упорядоченность, равновесие системы, устойчивость, т.е. если хотите, некий элемент гармонии. Асимметрия - понятие, противоположное симметрии, отражающее разупорядочение системы, нарушение равновесия и это связано с изменением, развитием системы. Таким образом и из соображений симметрии-асимметрии мы приходим к выводу, что развивающаяся динамическая система должна быть неравновесной и несимметричной. В ряде случаев симметрия является достаточно очевидным фактом. Например, для определенных геометрических фигур нетрудно увидеть эту симметрию и показать ее путем соответствующих преобразований, в результате которых фигура не изменит своего вида.

Однако в общем смысле понятие симметрии гораздо шире и ее можно понимать как неизменность (инвариантность) каких-либо свойств объекта по отношению к преобразованиям, операциям, выполняемым над этим объектом. Причем это может быть не только материальный объект, но и закон, математическая формула или уравнения, в том числе и нелинейные, которые, как мы уже знаем из разд. 1.7, играют большую роль в самоорганизующихся процессах.

Дать более конкретное определение симметрии, чем у Готта, в общем случае затруднительно еще и потому, что она принимает свою форму в каждой сфере человеческой деятельности. Как мы обсуждали только что в предыдущем разделе, в искусстве симметрия может проявиться в соразмерности и взаимосвязанности, гармонизации отдельных частей в целом произведении. Что касается математических построений, то там также имеют место симметричные многочлены, которые можно использовать для существенного упрощения решения алгебраических и дифференциальных уравнений . Особенно полезным оказалось использование симметрийных представлений в теории групп с введением инварианта, т.е. такого преобразования, когда соотношения между переменными не изменяются. Отражением связи пространства, симметрии и законов сохранения может служить мысль великого французского математика А. Пуанкаре: «Пространство - это группа».

Наиболее наглядное и непосредственное применение идей симметрии имеет место в кристаллографии и физике твердого тела, изучающих физические свойства кристаллов в зависимости от их строения. Даже непосвященному человеку хорошо видна здесь ассоциация с неким совершенством, порядком и гармонией. Симметрия является для мира кристаллов естественной базой их физической сущности. Один из создателей современной физики твердого тела Дж. Займен вообще считал, что вся теория твердых тел основана на трансляционной симметрии. Здесь симметрия проявляется при совмещении геометрических тел, например правильных многогранников при повороте их в пространстве на определенные углы, а также при перемещениях в атомной решетке на определенные величины векторов трансляции, кратных периоду решетки:

(1.8.1)
где - вектор обратной решетки реального кристалла, = 1/a (a - период решетки), - волновой вектор.

Более глубокое понимание и применение симметрии связано, как мы уже рассматривали в главе 1.2, с изучением и обоснованием законов сохранения, отражающих фундаментальные свойства пространства-времени. Напомним, что симметрия относительно произвольного сдвига во времени приводит к закону сохранения энергии для консервативных (замкнутых) систем

E = const. (1.8.2)
Неизменность характеристик физической системы при произвольном перемещении ее как целого в пространстве на произвольный вектор приводит к закону сохранения импульса

P = mv = const, (1.8.3)
И, наконец, симметрия относительно произвольных пространственных поворотов (изотропность пространства) связана с законом сохранения момента импульса

(1.8.4)
Так как категория симметрии относится к любому объекту или понятию, то она в полной мере применяется, например, к физическому закону. А поскольку суть физического закона - нахождение и вычисление идентичного в явлениях, то для инерциальных систем, согласно принципу относительности Галилея, эти физические законы будут во всех системах одинаковы. Следовательно, они инвариантны относительно описания явлений как в одной инерциальной системе, так и другой и тем самым сохраняют симметрию, В 1918 г. были доказаны теоремы Нетер, смысл одной из которых состоит в том, что различным симметриям физических законов соответствуют определенные законы сохранения. Эта связь является настолько всеобщей, что ее можно считать наиболее полным отображением понятия сохранения субстанций и законов, их описывающих, в природе. Как сказал Р. Фейнман: «Среди мудрейших и удивительных вещей в физике эта связь - одна из самых красивых и удивительных».

Различие видов симметрии связано с разными способами пространственно-временного преобразования одной инерциальной системы в другую инерциальную систему. Остановимся на этом несколько подробнее. Каждому такому пространственно-временному преобразованию соответствует определенный вид симметрии. Так, перенос начала координат в произвольную точку пространства при неизменности физических свойств связан с симметрий таких преобразований (это как раз и есть трансляционная симметрия) и означает физическую эквивалентность всех точек пространства, т.е. его однородность.

Поворот координатных осей в пространстве связан с физической эквивалентностью разных направлений в пространстве и означает изотропность пространства. Симметрия относительно переноса во времени связана с физической эквивалентностью различных моментов времени, что должно также отражать идею независимости хода времени от его начала (время протекает одинаково). Откуда, кстати, следует, что однородность времени проявляется в его равномерном течении. Такое заключение позволяет полагать, что относительная скорость всех процессов, протекающих в природе, одинакова. Этот факт равномерности течения времени был установлен экспериментально с точностью до 10-14 с за период ~10 миллионов лет. В качестве примера можно привести тот факт, что спектральный состав излучения атомов звезд, испущенного миллионы лет тому назад и воспринимаемого нами только сейчас, такой же, как спектральный состав таких же атомов на Земле.

В классической релятивистской механике симметрия выражается в принципе относительности. Равномерное и прямолинейное движение системы отсчета, в принципе любого тела, с произвольной скоростью, но меньшей, чем скорость света, связано с симметрией и физической эквивалентностью такого движения и покоя. Это подтверждается уже рассмотренным экспериментальным примером неразличимости параметров движения объекта в движущемся равномерно и прямолинейно поезде и поезде, стоящем неподвижно на путях. Как мы знаем, при скоростях используются упомянутые ранее принцип относительности и преобразования Галилея, при v ~ c (релятивистские скорости) - принцип относительности Эйнштейна и преобразования Лоренца. Такого рода симметрию (неразличимость покоя и равномерно-прямолинейного движения) можно условно определить как изотропию пространства-времени. Эти виды симметрии объединяются в СТО в единую симметрию четырехмерного пространства-времени.

Заметим также, что проблемы симметрии-асимметрии оказываются связанными между собой глубже, чем это кажется исходя из бинарной структуры этих понятий (да-нет). В качестве примера можно привести состояние человека во вращающейся центрифуге. Есть симметрия вращения (поворота), но относительность покоя и вращательного движения нарушается и человек в такой центрифуге по своему состоянию (вестибулярные ощущения) может определить, что его вращающаяся закрытая (герметизированная) камера на центрифуге вращается. Таким образом, возникает ситуация, при которой физические законы не инвариантны относительно вращения, т.е. налицо асимметрия.

То же можно сказать и о так называемых преобразованиях подобия, связанных с изменением масштабов физических систем. Асимметрия относительно масштабных преобразований связана с тем, что порядок размеров атомов имеет одинаковое для всей Вселенной значение (~10-10 м). И если мы будем уменьшать размеры, например изделий микроэлектроники, в том числе и пленочных, то характер поведения электронов в них изменится (возникают размерные эффекты), т.е. опять-таки может возникнуть асимметричность процессов при таких размерах. Другой пример несимметрии относительно масштабов в биологии приводит Б. Свистунов : несмотря на похожесть окраски, нельзя, например, раскормить осу до размеров тигра, так как при массе 10-100 кг она потеряет способность летать - возникает другое качество.

В связи с этими примерами имеет смысл рассмотреть другие виды симметрии. Упомянутые выше пространственно-временные симметрии условно объединяет одно общее свойство - они являются как бы «внешними» симметриями в том смысле, что отражают глубокие свойства структуры пространства-времени, представляющей собой форму существования любого вида материи, и поэтому справедливой для любых мыслимых взаимодействий и физических процессов. Весь физический опыт познания мира показывает отсутствие нарушений инвариантности законов природы относительно указанных пространственно-временных преобразований. В этом уже не только физический, но и философский смысл познания и установления объективности законов природы.

Однако во «внешних» симметриях не затрагивается «внутренний мир» физического объекта и он никак не связан с внешними свойствами. В природе кроме рассмотренных законов сохранения энергии, импульса и момента импульса существуют и другие законы сохранения, которые выполняются с той или иной степенью общности, в частности закон сохранения электрического заряда. В физике элементарных частиц, как мы видели, имеются и другие сохраняющиеся (или по крайней мере введенные так) величины, подобные электрическому заряду, - барионное число, четность, изоспин, ароматы (странность, очарование, красота и т.д.). Эти по сути квантовые числа обусловлены фазовыми преобразованиями волновой функции ψ и в целом не связаны со свойствами пространства-времени. Симметрия играет важную роль в исследовании физики микромира. Наш физик-теоретик А. Мигдал считал, что главными направлениями физики XX века были поиски симметрии и единства картины мира .

Сохранение подобных величин, непосредственно не связанных со свойствами пространства-времени, относится к понятию «внутренней» симметрии. Остановимся на законе сохранения электрического заряда. Смысл его в том, что сохраняется во времени алгебраическая сумма зарядов любой электрической изолированной системы. Математическом смыслом закона сохранения заряда является уравнение непрерывности

(1.8.5)
где j - плотность тока, ρ - объемная плотность заряда. Физический смысл этого уравнения состоит в том, что div j - расходимость тока (его движение) - связана с изменением во времени, т.е. перемещением электрического заряда. Электрический ток - направленное движение свободных электрических частиц. Физический смысл (1.8.5) отражает факт несотворимости и неуничтожимости электрического заряда.

Нужно подчеркнуть, что сохранение электрического заряда в изолированных (замкнутых) системах не сводится к сохранению числа заряженных частиц. Так при β-распаде нейтрона, не имеющего заряда, возникают ρ (с зарядом e+), электрон (заряд e-) и антинейтрино, также не имеющее заряда. В этой реакции появились две электрически заряженные частицы, но их суммарный заряд равен нулю, как и у породившего их нейтрона. Отметим, что важным следствием закона сохранения заряда является устойчивость электрона. Электрон является самой легкой электрически заряженной частицей. Поэтому ему просто не на что распадаться так как в этом случае нарушился бы закон сохранения электрического заряда. По современным представлениям время жизни электрона не менее 1019 лет, что говорит в пользу этого закона.

Прежде чем перейти к другим «внутренним» симметриям, остановимся еще на двух видах дискретной симметрии, которые отличаются от рассмотренных «непрерывных» симметрий сдвига и поворота. Это хорошо известная всем нам уже давно зеркальная симметрия, которая описывается пространственной инверсией, т.е. отражением системы координатных осей. Инверсия пространства осуществляется «сразу» (в зеркале), а ее повторное применение возвращает систему в исходное состояние. Это отражение называется операцией изменения «четности» (пример с теннисистом в зеркале). Другой дискретной симметрией является симметрия относительного обращения времени, приводящая к тому, что в симметричной Вселенной законы природы не изменяются при замене направления течения времени на обратное (t = -t и наоборот). Применение данной симметрии показывает, что направление возрастания времени (движение в одну сторону) не играет существенной роли. С равной вероятностью возможен и обратный процесс. Другими словами, установить путем наблюдения направление развития событий, в будущее или в прошлое, для равновесной симметричной системы невозможно. Если вы помните, мы приходили к такому же результату для детерминированной механики Галилея - Ньютона в замкнутых системах. Но одновременно мы уже знаем и о существовании «стрелы времени» для открытых неравновесных систем. И это еще раз показывает неумолимо, что время все-таки «течет» от прошлого к будущему и наша Вселенная неравновесна и асимметрична. Заметим однако, что понятие энтропии не однозначно применимо к микромиру, и, следовательно, изучая его, нельзя установить направление времени.

Дальнейшее расширение количества физических симметрий связано с развитием квантовой механики. Одним из специальных видов симметрии в микромире является перестановочная симметрия. Она основана на принципиальной неразличимости одинаковых микрочастиц, которые, как мы знаем из главы 1.5, движутся не по определенным траекториям, а их положения оцениваются по вероятностным характеристикам, связанным с квадратом модуля волновой функции |ψ|2. Перестановочная симметрия и заключается в том, что при «перестановке» квантовых частиц не изменяются вероятностные характеристики, квадрат модуля волновой функции - величина постоянная |ψ|2 = const.

Исследование реакций с участием элементарных частиц и античастиц, а также процессов их распада привело к открытию некоторых новых свойств симметрии, а именно зарядовой симметрии, или, более точно, зарядовой симметрии частиц и античастиц. При изучении ядерных взаимодействий нуклонов (сильные взаимодействия) было обнаружено, что эти ядерные силы почти не зависят от типа нуклонов, т.е. при этих взаимодействиях нет различия между нейтроном и протоном, оба они есть два состояния одной частицы - нуклона. Аналогично, μ-мезон может находиться в трех состояниях, соответствующих трем различным частицам. Такие состояния называются изотопическими и они характеризуются изотопическим спином или изоспином. Симметрия, связанная с этими процессами, и получила название изотопической симметрии.

С теорией элементарных частиц, типами взаимодействия полей и попыткой введения единого поля связаны еще два вида симметрии: кварк-лептонной и калибровочной. Кварк-лептонная симметрия проявляется в единой теории поля. Считается, что по существу кварки и лептоны не различимы в области очень больших энергий. Но в случае спонтанного нарушения симметрии и в области низких энергий они приобретают совершенно различные свойства. Тем самым установлено, что между кварками и лептонами возможны переходы. Этот факт может служить еще одним убедительным доказательством единства природы.

Калибровочная симметрия связана с масштабными преобразованиями, представляющими сдвиги нулевых уровней скалярного и векторного потенциалов полей. Сам термин «калибровочное поле» (преобразование, инвариантность) выдвинул немецкий математик Г. Вейль. Смысл идеи состоит в том, что физические законы не должны зависеть от масштаба длины, выбранного в пространстве, и не должны изменять свой вид при замене этого масштаба на любой другой. С обычной логикой это вроде бы самоочевидно: почему действительно законы Ньютона будут другими, если мы будем измерять путь в метрах, сантиметрах или в мегапарсеках. Однако значение изменения масштаба состоит в том, что оно имеет принципиально не физический характер, так как не вызвано какими-либо физическими воздействиями, а геометрический, в частности, изменение длины обусловлено лишь особенностями структуры пространства-времени. Тем самым пространство-время перестает быть лишь пассивным резервуаром вещества и поля, где происходят физические процессы, оно само начинает активно влиять на эти процессы. Геометрия приобретает динамический характер.

Особое значение приобретает принцип калибровочной инвариантности, если преобразования приходят локально в каждой точке пространства-времени и неоднородно, т.е. с изменяющимся соотношением от точки к точке. Вот это преобразование Г. Вейль и назвал масштабным или калибровочным. Его формулировка звучит так: все физические законы инвариантны относительно произвольных (однородных и неоднородных) локальных калибровочных преобразований. В таком виде принцип Вейля является по существу развитием общего принципа относительности Эйнштейна, что все физические законы в любой системе отсчета (инерциальной и неинерциальной) должны иметь одинаковый вид. Уместно в связи с этим заметить, что теория Эйнштейна была первой теорией, в которой геометрический фактор (искривление пространства-времени) напрямую связывался с физической характеристикой (гравитационной массой), что послужило в настоящее время дальнейшему развитию идей геометродинамики . Эти преобразования масштаба оставляют силовые характеристики поля (например Е и В для электромагнитного поля) неизменными. На основе калибровочной симметрии построены теории электрослабого и электросильного взаимодействий. Из этой симметрии следует, что частицы, обладающие определенными свойствами, которые объединяются понятиями «заряда» (электрический, барионный, лептонный), «цвета» кварков, являются источниками полей, если хотите, материальными носителями этих полей.

Вопросы симметрии играют решающую роль в современной физике. Динамические законы природы характеризуются определенными видами симметрии. В общем смысле под симметрией физических законов подразумевают их инвариантность по отношению к определенным преобразованиям. Необходимо также отметить, что рассмотренные типы симметрий имеют, естественно, определенные границы применимости. Например, симметрия правого и левого существует только в области сильных электромагнитных взаимодействий, но нарушается при слабых. Изотопическая инвариантность справедлива только при учете электромагнитных сил. Для применения понятия симметрии в физике можно ввести некую структуру, учитывающую четыре фактора.

1. Объект или явление, которое исследуется.
2. Преобразование, по отношению к которому рассматривается симметрия.

3. Инвариантность каких-либо свойств объекта или явления, выражающая рассматриваемую симметрию. Связь симметрии физических законов с законами сохранения.

4. Границы применимости различных видов симметрии.
Заметим также, что изучение симметричных свойств физических систем или законов требует привлечения специального математического анализа, в первую очередь, представлений теории групп, наиболее развитой в настоящее время в физике твердого тела и кристаллографии.

В целом же из законов сохранения, которые, как мы уже поняли, являются следствием пространственно-временной симметрии законов самой природы, следует условность разделения физики на механику, термодинамику, электродинамику и т.д. и, следовательно, налицо неразрывность единства всей природы.

Не останавливаясь здесь более подробно на понятиях физики живого, чему будет посвящена специально вторая часть данного курса, рассмотрим идеи симметрии-асимметрии применительно к проблемам объектов живой и неживой природы. По существу это философский, если хотите, но с естественнонаучной точки зрения вопрос о возникновении, развитии и сущности жизни. Чем отличаются молекулы живых веществ от неживых? В какой-то мере это связано с симметрией, точнее зеркальной симметрией. Если рассмотреть пример зеркального изображения двух молекул неорганического вещества воды и органического, но «неживого» вещества - бутилового спирта (рис.), то принципиальное различие проявляется в том, что молекула Н2О зеркально симметрична, а молекула спирта зеркально асимметрична.

«Левая» и «правая» молекулы, не совпадают как левая и правая рука человека. Асимметричные молекулы в химии называют стереоизомерами, а само свойство зеркальной асимметрии носит название киральности или хиральности (от греческого слова «кир» - рука). Так вот, выяснилось, что в природе хиральностью обладают и «живые», и «неживые» молекулы, но «живые» всегда только хиральны, причем «неживые» хиральные молекулы равновероятно встречаем и в левом, и в правом варианте, а «живые» - только или в левом, или в правом. В этом смысле молекулы живых организмов хирально чисты. Так, ориентация ДНК-спирали всегда правая. В свое время Л. Пастер, а затем и В.И. Вернадский предлагали на этом принципиальном различии провести раздел между живой и неживой природой. Предполагают, что основополагающим признаком возникновения и развития жизни и является способность живых организмов извлекать и конструировать из симметричных и хирально нечистых молекул окружающей среды хирально чистые молекулы, необходимые для живого организма. Примером может служить извлечение растениями из симметричных молекул воды и углекислого газа в процессе фотосинтеза асимметричных молекул крахмала и сахара. Наряду с другими питательными веществами эти молекулы поступают в пище живых организмов и из них образуются уже хирально чистые молекулы. Если хиральность молекул веществ пищи изменится на противоположную, то эти вещества окажутся для живого организма биологическим ядом, они отторгаются организмом, ведут его к гибели. Это достаточно характерный пример того, как исходя из симметрийных представлений физики мы можем объяснить, если хотите, происхождение живой материи и даже дать рекомендации практической медицине.

В общем смысле мы можем считать, что и возникновение жизни в целом связано со спонтанным нарушением имевшейся до того в природе зеркальной симметрии. Предполагается, что асимметрия возникла скачком в результате Большого Биологического взрыва, по аналогии с БВ, в результате которого образовалась Вселенная, под действием радиации, температуры, полей и т.д. и нашла свое отражение в генах живых организмов. Этот процесс по существу также является процессом самоорганизации, который мы рассматривали в подразд. 1.7. В какой-то точке бифуркации произошел и самоорганизующий акт возникновения уже живой материи.

Уместно теперь связать симметрию с энтропией живых организмов. Переход вещества на более высокую степень организации, упорядоченности, как мы уже отмечали, снижает энтропию как меру хаотичности. Но наибольшей симметрией обладает как раз равновесное хаотическое состояние. Значит, уменьшение энтропии неизбежно приводит к уменьшению симметрии, т.е. увеличению асимметрии живых организмов. Чем выше уровень организации материи, тем меньше энтропия и симметрия. Но для снижения энтропии живых организмов как открытых систем, обменивающихся энергией и материей (пища и отправления) с окружающей средой, необходима энергия, причем значительная, которая, как мы увидим далее, вырабатывается в соответствующих частях клеток (митохондриях) живых организмов за счет пищи, т.е. поглощения энергии внешней среды (Солнца и биосферы).

Можно образно сказать, что мы забираем от природы более организованную структурированную материю, обладающую меньшей энтропией, т.е. подпитываем себя негэнтропией (отрицательной энтропией), а отдаем ей неструктурированную материю, обладающую большей энтропией. «Питаемся» так сказать, с энергетической физической точки зрения, отрицательной энтропией, а отдаем положительную энтропию. И когда в естественных условиях этот баланс нарушается, то наступает некоторое динамическое равновесие - обмен энтропией между человеком и окружающей средой стабилизируется, энтропия системы человек - окружающая среда возрастает, и живой организм гибнет (энтропия его возросла). Поэтому биологическая смерть организма - это рост энтропии до ее уровня в окружающей среде. Повышение же энергетического потенциала в живом организме при «нормальном» обмене энтропией его с окружающей средой увеличивает химическую активность клеток и дает возможность самовоспроизведения и развития.

Можно сказать, что по мере упорядочения живых организмов, их усложнения в ходе развития жизни асимметрия все больше и больше превалирует на симметрией, вытесняя ее из биохимических и физиологических процессов. Однако и здесь имеет место динамический процесс: симметрия и асимметрия в функционировании живых организмов тесно связаны. Внешне человек и животные симметричны, однако их внутреннее строение существенно асимметрично. Если у низших биологических объектов, например низших растений, размножение идет симметрично, то у высших имеет место явная асимметрия - разделение полов, где каждый пол вносит в процесс самовоспроизведения свойственную только ему генетическую информацию. Так устойчивое сохранение наследственности есть проявление в известном смысле симметрии, а в изменчивости проявляется асимметрия. В целом же глубокая внутренняя связь симметрии и асимметрии в живой природе обусловливает ее возникновение, существование и развитие.

Можно задаться вопросом, есть ли другие виды симметрии и связанные с ними законы сохранения. В чем состоит глубокое значение законов сохранения электрического заряда, лептонного и барионного чисел, странностей, изотопического спина и т.д.? Как это связано со свойствами абстрактного пространства? В чем смысл наличия «черных дыр» как неких «пропускных пунктов» из нашего пространства, мира, в другой антимир? К сожалению, пока на эти вопросы мы ответа не имеем, хотя и хорошо, что современная наука дает возможность их задавать.

Правда, по поводу задаваемых вопросов существует следующий физический анекдот. Паули очень любил задавать вопросы, на которые не всегда можно найти правильные ответы (их вообще могло и не быть!). Когда он умер, то продолжал свое любимое занятие на том свете. И там никто не мог ответить на его вопросы. Тогда он решил обратиться к Богу. Господь терпеливо и внимательно выслушал его и ответил: «Вся трудность, Паули, в том, что Вы задаете не те вопросы».

Симметрия и асимметрия являются объективными свойствами природы, одними из фундаментальных в современном естествознании. Симметрия и асимметрия имеют универсальный, общий характер как свойство материального мира.

Симметрия (от греч.symmetria – соразмерность, порядок, гармония) является всеобщим свойством природы. Представление о симметрии у человека складывалось тысячелетиями. Термин «симметрия» фигурирует в представлениях человека как элемент чего‑то «правильного», прекрасного и совершенного. В своих раздумьях над картиной мироздания человек определял симметрию как магическое качество природы, ее целесообразность, совершенство и старался отразить эти свойства в музыке, поэзии, архитектуре. В определенной мере симметрия выражает степень упорядоченности системы. В связи с этим имеется тесная корреляционная связь энтропии как меры неупорядоченности с симметрией: чем выше степень организованности вещества, тем выше симметрия и ниже энтропия.

Степень симметрии природных систем отражается в симметрии математических уравнений, законов, отображающих их состояние, в неизменности каких‑либо их свойств по отношению к преобразованиям симметрии.

Симметрия – это понятие, отражающее существующий в природе порядок, пропорциональность и соразмерность между элементами какой‑либо системы или объекта природы, упорядоченность, равновесие системы, устойчивость, то есть некий элемент гармонии.

Асимметрия – понятие, противоположное симметрии, отражающее разупорядочение системы, нарушение равновесия, что связано с изменением и развитием системы.

Из определений симметрии и асимметрии следует, что развивающаяся динамическая система должна быть обязательно несимметричной и неравновесной.

Современное естествознание представлено целой иерархией симметрий, которая отражает свойства иерархии уровней организации материи. Выделяют различные формы симметрий: калибровочные, пространственно‑временные, изотопические, перестановочные, зеркальные и т. д. Все эти виды симметрий подразделяются на внешние и внутренние.

Внутреннюю симметрию невозможно наблюдать, она скрыта в математических уравнениях и законах, выражающих состояние исследуемой системы. Пример тому – уравнение Максвелла, описывающее взаимосвязь электрических и магнитных явлений, или теория гравитации Эйнштейна, связывающая свойства пространства, времени и тяготения.

Внешняя симметрия (пространственная или геометрическая) представлена в природе большим многообразием. Это симметрия кристаллов, молекул, живых организмов.

Для чего нужна симметрия живому и как она возникла?

Живые организмы формировали свою симметрию в процессе эволюции. Зародившиеся в водах океана, первые живые организмы имели правильную сферическую форму. Внедрение организмов в другие среды заставляло их адаптироваться к новым специфическим условиям. Один из способов такой адаптации – симметрия на уровне физической формы. Симметричное расположение частей органов тела обеспечивает живым организмам равновесие при движении и функционировании, жизнестойкость и адаптацию. Довольно симметричны внешние формы крупных животных, человека. Растительный мир организмов также наделен симметрией, что связано с борьбой за свет, физической устойчивостью к полеганию (закон всемирного тяготения). Например, конусообразная крона ели имеет строго вертикальную ось симметрии – вертикальный ствол, утолщенный книзу для устойчивости. Отдельные ветви симметрично расположены по отношению к стволу, а форма конуса способствует рациональному использованию кроной светового потока солнечной энергии, увеличивает устойчивость. Таким образом, благодаря притяжению и законам естественного отбора ель выглядит эстетически красиво и «построена» рационально. Внешняя симметрия насекомых и животных помогает им держать равновесие при движении, извлекать максимум энергии из окружающей среды и рационально ее использовать.

В физических и химических системах симметрия приобретает еще более глубокий смысл. Так, наиболее устойчивы молекулы, обладающие высокой симметрией (инертные газы). Симметрия молекул определяет характер молекулярных спектров. Высокая симметрия характерна для кристаллов. Кристаллы – это симметричные тела, их структура определяется периодическим повторением в трех измерениях элементарного атомного мотива.

Асимметрия также широко распространена в мире.

Внутреннее расположение отдельных органов в живых организмах часто асимметрично. Например, сердце расположено слева у человека, печень – справа и т. д. Л. Пастер, французский микробиолог и иммунолог, выделил левые и правые кристаллы винной кислоты. Молекула ДНК асимметрична – ее спираль всегда закручена вправо. Все аминокислоты и белки, входящие в состав живых организмов, способны отклонять поляризованный луч света влево.

В отличие от молекул неживой природы, где левые и правые молекулы встречаются часто, то есть носят в основном симметричный характер, молекулы органических веществ характеризуются ярко выраженной асимметрией. Придавая большое значение асимметрии живого, В. И. Вернадский предполагал, что именно здесь проходит тонкая граница между химией живого и неживого. Л. Пастер также, основываясь на этих признаках, провел границу между живым и неживым. Следует также отметить, что живые организмы (растения) в процессе жизнедеятельности поглощают из окружающей среды (почвы) в значительной степени химические соединения минеральной пищи, молекулы которой симметричны и в своем организме превращают их в асимметричные органические вещества: крахмал, белки глюкозу и т. д. Симметрия молекул пищевых веществ живого организма согласуется с симметрией молекул самого организма. В противном случае пища будет несовместимой (ядовитой).

Структура компонентов клетки также асимметрична, что имеет большое значение для ее обмена веществ, энергетической обеспеченности, а также способствует более высокой скорости протекания биохимических реакций.

Симметрия и асимметрия – это две полярные характеристики объективного мира. Фактически в природе нет чистой (абсолютной) симметрии или асимметрии. Эти категории – противоположности, которые всегда находятся в единстве и борьбе. Там, где ослабевает симметрия, возрастает асимметрия, и наоборот. На разных уровнях развития материи ей свойственна то симметрия, то асимметрия. Однако эти две тенденции едины, а их борьба носит абсолютный характер. Эти категории тесно связаны с понятиями устойчивости и неустойчивости систем, порядка и беспорядка, организации и дезорганизации, отражающими свойства систем и динамику развития, а также взаимосвязь между динамическими и статическими законами.

Полагая, что равновесие есть состояние покоя и симметрии, а асимметрия приводит к движению и неравновесному состоянию, можно считать, что понятие равновесия играет в биологии не менее важную роль, чем в физике. Принцип устойчивости термодинамического равновесия живых систем характеризует специфику биологической формы движения материи. Именно устойчивое динамическое равновесие (асимметрия) является ключевым принципом постановки и решения проблемы происхождения жизни.