Интересно, в чем причина четности и симметрии в природе?
2 ответа:
«...быть прекрасным значит быть симметричным и соразмерным» Платон
<h2>Симметрия в живой природе</h2>Мы не будем подробно рассматривать, какие виды симметрии встречаются в природе, архитектуре и технике. Это можно узнать в книге Урманцева Ю.А. «Симметрия природы и природа симметрии». Перечислим некоторые и попробуем выяснить, каковы причины четности и симметричности в окружающем нас мире. Всевозможные виды симметрии разделим по образу жизни и среде обитания организмов.
- не симметричный организм. Как оказалось, достаточно трудно найти вид животного или растения которое бы не обладало симметрией. Но все же оно есть- амеба обыкновенная. Простейший организм лишенный какой-либо симметрии, как внешней, так и внутренней.
- центральная и радиальная симметрия характерна для одно-, многоклеточных организмов, чей образ жизни не связан с активным перемещением в окружающей среде, или окружающая среда равномерна во всех направлениях. Этот вид симметрии присущ для ведущий образ жизни планктона или морских звезд, пассивно находящихся на дне. Кстати четность тут не всегда присутствует.
- билатеральная. Это наиболее часто встречаемый тип симметрии. Считается, что она обусловлена переходом к более активному образу жизни, где любое нарушение внешней симметрии влечет за собой затруднение поворота вправо/влево и усложнение прямолинейного движения.
Однако это только внешняя симметрия и симметрия скелета. Внутренняя же симметрия не столь выражена. Легкие устроены иначе, доли головного мозга выполняют разные функции, органы ЖКТ не дублированы.
Симметрия в технике.
- Ученые часто заимствуют для своих изобретений идеи у природы. Однако это не всегда так. В природе вы не встретите двутавр, винт Архимеда, подшипников качения, ДВС и др. Поэтому попробуем рассмотреть развитие техники без оглядки на живой мир.
В книгах всеобщность симметрии была принята на веру как догма. Однако, если обратиться к техническим системам, то окажется что – ВСЕ НЕ СИММЕТРИЧНО! Руль находится слева, водительское сиденье устроено иначе, чем пассажирское, бензобак, тяги, проводка, фильтры, выхлопная труба и другое расположены также не симметрично. Снегопогрузчик лаповый КО 206А.
Т-70 — советский лёгкий танк. Башня смещена влево путем оптимизации внутренней компоновки.
Угольный очистной комбайн. Из-за работы в специфических условиях симметрия отсутствует.
Самолет ВV.141 конструкции немецкого доктора Рихарда Фогта. Была предпринята попытка создать самолет с максимально-возможными углами обзора, поэтому двигатель вынесли в сторону. Модель себя не оправдала из-за плохой управляемости на предельных скоростях.
А вот уже американский конструктор Рутан Бёрт создал асимметричную модель №202 Boomerang, которая летала лучше своих аналогов - могла летать на одном из двух двигателей. (только 45 самолетов из 367 им изобретенных поднялись в воздух). Жаль что дизайн самолета не оценили покупатели.
И, пожалуй, самый распространенный вариант несимметричной техники – мотоцикл с боковым прицепом. Известно, как тяжело управлять мотоциклом с загруженным боковым прицепом. Более того, разворот в лево осуществляется по большему радиусу, а резкий разворот в право может спровоцировать опрокидывание мотоцикла центробежной силой. Также нельзя не отметить что старички байкеры категорически против бокового прицепа, т.к. считается что он сильно снижает ресурс транспорта.
Догадки и предположения.
- Учитывая все выше отмеченное, можно предположить следующее:
- Симметрия – есть способ экономии энергии. Организмам, вынужденным активно перемещаться, нужна возможность одинаково хорошо поворачиваться в лево и в право. Именно поэтому большинство развитых животных обладает билатеральной симметрией. Их форма (с точки зрения аэродинамики) не создает вращательного момента в горизонтальной плоскости. Иначе им было бы очень сложно сохранять курсовую устойчивость. Это особенно важно для птиц и водоплавающих животных. Такой подход является наиболее энергетически выгодным не только в живом мире. Самый яркий тому пример нарушающий симметрию боковой прицеп мотоцикла. При нарушении внешней симметрии у организма или технической системы появляются невыгодные (за редким исключением) аномалии. Однако симметрия выгодна не только энергетически. Она еще выгодна информационно.
- Симметрия - есть форма экономии генетического кода. Парные органы есть нечто единое. Они либо есть, либо нет. Но всегда вместе. В качестве исключения подтверждающее правило есть рудиментарные органы. Когда в силу мутации из поколения в поколение органы могут атрофироваться полностью, видоизменяться незначительно, или кардинально с учетом выполняемых задач. С технической стороны, значительно проще спроектировать симметричный механизм, отображая его зеркально, чем строить каждую ветвь независимо друг от друга. Более того в науке и технике есть такое понятие как взаимозаменяемость. Мне неизвестно можно ли заменить левую почку донорской правой, но вот изобретать дорожный автомобиль с разными левыми и правыми колесами никто не будет. Слово дорожный применил не случайно, т.к. специфические условия эксплуатации различной техники могут создать необходимость в автомобиле движущегося по постоянной окружности, в внешними колесами большего диаметра. Это снизит нагрузку на подшипники. Код «формирования одной части» или органа является сложным кодом, тогда как код «различия на правый и на левый орган» может быть небольшим придатком «отразить горизонтально». Т.е. лево-право – код более низкого уровня. Одна из половин может быть рудиментальной, но по факту она присутствует. Иными словами, есть код формирования левого уха. И есть небольшой модификатор к этому коду для создания правого уха в виде зеркального отображения.
- Симметрия – есть рациональное решение в плане распределения силы и запаса прочности скелета. Это умозаключение вытекает из предыдущего пункта. Более того, оно его продолжает. В случае не пропорционально развитого организма происходит смещение центра тяжести в сторону больше развитой конечности или другой части тела. Что может быть причиной еще большего развития асимметрии. У организмов это может проявиться в чрезмерной нагрузке на одну из сторон. Отсюда развитие заболеваний позвоночника, его искривление. Нарушение работы нервной системы и т.д.
- Симметрия – есть механизм парности и резервного копирования жизненно важных органов и механизмов. В генетическом коде предусмотрен орган-манипулятор, а посредством всеобщей симметрии удается сформировать этот орган в двух экземплярах – рабочий и резервный/вспомогательный. При потере одного из органов, жизнеспособность организма должна сохраняться с максимально. Некоторые автомобили могут ехать по дороге с твердым покрытием, будучи лишенными одного или нескольких колес.
- Симметрия – есть красота. Красота есть признак здоровья. Это заложено даже на подсознательном уровне. Люди с ярко выраженной асимметрией лица воспринимаются как менее красивые. В прочем это все условно и относительно.
Читайте также