科學探索:對稱的美與謎

生活中,人們只要稍微註意一下,就會發現自己生活在一個充滿對稱的世界裏:每片雪花的晶體是對稱的;一只蝴蝶的雙翼是對稱的;雨滴和星球是球形的;星系呈螺旋形的對稱;海浪的起伏在空間上是對稱的;大多數動物,如鷹、鯡魚、大象則是呈左右兩邊對稱的;作為萬物之靈的人,當我們站立時,則有一個完美的對稱形體。

為什麼自然界如此偏愛對稱?又是誰設計了這麼多的高度完美的對稱?科學家們對這一自然之謎提供的一個簡單答案是:也許它們是由大量同一的“零件”構成的。大自然本身是在宇宙“工廠”裏生產出來的,在“生產過程”中,也許宇宙遵循了某種“最優化的原則”。為什麼會如此?這本身乃是一個更大的謎。一些科學家認為,包括我們人類在內的宇宙有深層的數學結構,遵循著某種我們難以理解的對稱的原則。而對於這一切,我們了解得又是多麼有限!

宇宙充滿了對稱,宇宙同時也充滿了不對稱或被打破了的對稱。液態水分子有一種球性的對稱,這是水之所以能流動的原因,但當水受冷結冰時,這種完美的對稱就被破壞,而轉變成一種如雪花晶體般的六邊形的新的對稱。

同樣,大自然中的對稱也以多種多樣的方式被打破。例如,豹、狗、貓身上的斑點與花紋並不嚴格對稱,比目魚的兩個眼睛長在一邊,而我們人類的心臟位於胸腔的左邊,也將外部形體的對稱打破。

除了這種形體的位置不對稱外,還有一種有趣的時間上的不對稱。如大多數鳥飛行時都是同時拍打雙翅的,但奇怪的是,燕子和蝙蝠卻是交替拍打雙翅。

這種對稱與不對稱的奇妙變換,如同宇宙本身的神秘性,引發了人們無限的遐思,激發著人們不斷地去探索。