Асимметрия - Asymmetry

Асимметричный противопожарный барьер, требуется по ASTM E119^[1] быть испытание огнем с обеих сторон. Самый низкий достигнутый результат соответствует общему рейтинг огнестойкости из система чтобы шлагбаум работал одинаково хорошо с обеих сторон.

Асимметрия отсутствие или нарушение, симметрия (свойство объекта быть инвариантным к преобразованию, например отражению). Симметрия - важное свойство как физических, так и абстрактных систем, и ее можно отображать в точных или более эстетических терминах. Ожидаемое или желаемое отсутствие или нарушение симметрии может иметь важные последствия для системы.

В организмах

Из-за того, как клетки разделить на организмы, асимметрия в организмах довольно обычна по крайней мере в одном измерении, причем биологическая симметрия также распространены по крайней мере в одном измерении.

Луи Пастер предположил, что биологические молекулы асимметричны, потому что космические [т.е. физические] силы, которые руководят их формированием, сами по себе асимметричны. Хотя в его время и даже сейчас подчеркивается симметрия физических процессов, известно, что существуют фундаментальные физические асимметрии, начинающиеся со времени.

Асимметрия в биологии

Асимметрия - важная и широко распространенная черта, которая неоднократно развивалась у многих организмов и на многих уровнях организации (от отдельных клеток, органов до целых форм тела). Преимущества асимметрии иногда связаны с улучшенным пространственным расположением, например левым человек легкое быть меньше и иметь на одну долю меньше, чем правое легкое, чтобы освободить место для асимметричных сердце. В других примерах разделение функций между правой и левой половиной могло быть полезным и привело к усилению асимметрии. Такое объяснение обычно дается для предпочтения рук или лап млекопитающих (Ручка ), асимметрия в развитии навыков у млекопитающих. Тренировка нейронных путей навыку одной рукой (или лапой) может потребовать меньше усилий, чем то же самое с двумя руками.^{[нужна цитата ]}

Природа также дает несколько примеров хиральности в чертах, которые обычно симметричны. Ниже приведены примеры животных с очевидной асимметрией слева направо:

Краб-скрипач, Uca pugnax

Наиболее улитки, потому что кручение в процессе развития проявляют заметную асимметрию в панцире и внутренних органах.
Крабы-скрипачи иметь один большой коготь и один маленький коготь.
В нарвал бивень - это левый резец, который может вырасти до 10 футов в длину и образует левую спираль.
Камбала эволюционировали, чтобы плавать одной стороной вверх, в результате чего оба глаза располагались по одну сторону головы.
Несколько видов совы демонстрируют асимметрию в размере и расположении ушей, что, как считается, помогает находить добычу.
Многие животные (от насекомых до млекопитающих) имеют асимметричный самец. гениталии. Эволюционная причина этого в большинстве случаев до сих пор остается загадкой.^[2]

Как показатель непригодности

Определенные нарушения в развитии организма, в результате которых врожденные дефекты.
Повреждения после деления клеток, которые невозможно восстановить биологически, например, потеря конечность от аварии.

Поскольку врожденные дефекты и травмы могут указывать на плохое здоровье организма, дефекты, приводящие к асимметрии, часто ставят животное в невыгодное положение, когда дело доходит до поиска партнера. Например, большая степень симметрия лица считается более привлекательным для людей, особенно в контексте выбора партнера. В целом, для многих видов существует корреляция между симметрией и характеристиками, связанными с приспособленностью, такими как скорость роста, плодовитость и выживаемость. Это означает, что через половой отбор, особи с большей симметрией (и, следовательно, приспособленностью), как правило, предпочтительнее в качестве партнеров, так как у них больше шансов произвести здоровое потомство.^[3]

В структурах

До-модернистские архитектурные стили имели тенденцию делать упор на симметрию, за исключением тех случаев, когда экстремальные условия местности или исторические события уводили от этого классического идеала. Иначе, модернист и постмодернистские архитекторы стало гораздо более свободно использовать асимметрию как элемент дизайна.

В то время как большинство мостов имеют симметричную форму из-за присущей им простоты проектирования, анализа и изготовления, а также экономичного использования материалов, ряд современных мостов сознательно отошли от этого, либо в ответ на специфические соображения, либо в целях создания впечатляющего дизайна.

Некоторые асимметричные конструкции

В противопожарной защите

В стеновые конструкции с классом огнестойкости, используется в пассивная противопожарная защита, в том числе, но не ограничиваются, противопожарные заграждения трансформаторов высокого напряжения, асимметрия - важнейший аспект дизайна. При проектировании объекта не всегда бывает уверенно, что в случае возникновения Огонь, который сторона может возникнуть пожар. Поэтому во многих строительных нормах и стандартах испытаний на огнестойкость указывается, что симметричная сборка должна быть проверено с одной стороны, потому что обе стороны одинаковы. Однако, как только сборка становится асимметричной, должны быть протестированы обе стороны, и в отчете об испытаниях должны быть указаны результаты для каждой стороны. На практике самый низкий результат достигается при списки сертификации. Ни спонсор теста, ни лаборатория не могут сделать вывод или сделать вывод о том, какая сторона подверглась большей опасности в результате предполагаемого тестирования, а затем проверить только одну сторону. Оба должны быть протестированы на соответствие стандартам испытаний и строительные нормы.

По математике

Нет а и б такой, что а < б и б < а.^[4] Эта форма асимметрии асимметричное отношение.

В химии

Некоторые молекулы хиральный; то есть их нельзя накладывать на свое зеркальное отображение. Химически идентичные молекулы с разной хиральностью называются энантиомеры; это различие в ориентации может привести к разным свойствам их реакции с биологическими системами.

В физике

Асимметрия возникает в физике в разных сферах.

Термодинамика

Исходная нестатистическая формулировка термодинамика был асимметричный во времени: он утверждал, что энтропия в закрытой системе со временем может только увеличиваться. Это произошло из Второго Закона (любого из двух, Клаузиус ' или же Лорд Кельвин можно использовать, поскольку они эквивалентны) и с помощью Теорема Клаузиуса (видеть Керсон Хуанг ISBN 978-0471815181). Однако более поздняя теория статистической механики симметрична во времени. Хотя в нем говорится, что система со значительно меньшей энтропией, скорее всего, будет развиваться к более высокая энтропия, в нем также говорится, что такая система, скорее всего, эволюционировала из более высокая энтропия.

Физика элементарных частиц

Симметрия один из самых мощных инструментов в физика элементарных частиц, потому что стало очевидно, что практически все законы природы берут начало в симметрии. Таким образом, нарушения симметрии представляют собой теоретические и экспериментальные головоломки, ведущие к более глубокому пониманию природы. Асимметрия в экспериментальных измерениях также обеспечивает мощные инструменты контроля, которые часто относительно свободны от фоновых или систематических неопределенностей.

Нарушение четности

До 1950-х годов считалось, что фундаментальная физика симметрична слева и справа; т.е. что взаимодействия были инвариантны относительно паритет. Хотя четность сохраняется в электромагнетизм, сильные взаимодействия и сила тяжести, оказывается, нарушается в слабые взаимодействия. В Стандартная модель включает нарушение четности, выражая слабое взаимодействие как хиральный калибровочное взаимодействие. Только левосторонние компоненты частиц и правые компоненты античастиц участвуют в слабых взаимодействиях в Стандартной модели. Следствием нарушения четности в физике элементарных частиц является то, что нейтрино наблюдались только как левые частицы (а антинейтрино как правосторонние частицы).

В 1956-1957 гг. Chien-Shiung Wu, Э. Амблер, Р. У. Хейворд, Д. Д. Хоппс и Р. П. Хадсон обнаружили явное нарушение сохранения четности в бета-распаде кобальта-60.^{[нужна цитата ]} Одновременно, Р. Л. Гарвин, Леон Ледерман, и Р. Вайнрих модифицировали существующий циклотронный эксперимент и сразу же подтвердили нарушение четности.^{[нужна цитата ]}

Нарушение CP

После открытия нарушения четности в 1956–57 считалось, что объединенная симметрия четности (P) и одновременная зарядовое сопряжение (C), называется CP, был сохранен. Например, CP превращает левое нейтрино в правое антинейтрино. Однако в 1964 г. Джеймс Кронин и Вал Фитч предоставили четкое свидетельство того, что CP-симметрия также была нарушена в эксперименте с нейтральными каоны.

СР-нарушение - одно из необходимых условий возникновения барионной асимметрии в ранней Вселенной.

Комбинируя CP-симметрию с одновременным разворот времени (T) создает комбинированную симметрию, называемую Симметрия CPT. Симметрия CPT должна сохраняться в любом Инвариант Лоренца местный квантовая теория поля с Эрмитский Гамильтониан. По состоянию на 2006 г. нарушений симметрии CPT не наблюдалось.

Барионная асимметрия Вселенной

В барионы (т.е. протоны и нейтроны и атомы, которые они составляют), наблюдаемые до сих пор во Вселенной, в подавляющем большинстве иметь значение в отличие от антивещество. Эта асимметрия называется барионная асимметрия Вселенной.

Нарушение изоспина

Изоспин является преобразованием симметрии слабые взаимодействия. Концепция была впервые представлена Вернер Гейзенберг в ядерная физика на основании наблюдений, что массы нейтрон и протон почти идентичны, и что сила сильное взаимодействие между любой парой нуклонов одинаково, независимо от того, протоны они или нейтроны. Эта симметрия возникает на более фундаментальном уровне как симметрия между верхним и нижним типами. кварки. Изоспиновая симметрия в сильных взаимодействиях может рассматриваться как подмножество большего симметрия аромата группа, в которой сильные взаимодействия инвариантны относительно обмена кварками разных типов. В том числе странный кварк в этой схеме дает начало Восьмеричный путь схема классификации мезонов и барионов.

Изоспин нарушается из-за того, что массы верхних и нижних кварков различны, а также из-за их различных электрических зарядов. Поскольку это нарушение является лишь незначительным эффектом в большинстве процессов, в которых участвуют сильные взаимодействия, изоспиновая симметрия остается полезным инструментом расчета, а ее нарушение вносит поправки в изоспин-симметричные результаты.

В экспериментах на коллайдере

Поскольку слабые взаимодействия нарушать паритет, коллайдер процессы, которые могут включать слабые взаимодействия, обычно демонстрируют асимметрию в распределении частиц в конечном состоянии. Эти асимметрии обычно чувствительны к разница во взаимодействии между частицами и античастицами или между левыми и правыми частицами. Таким образом, их можно использовать в качестве чувствительного измерения различий в силе взаимодействия и / или для отличия небольшого асимметричного сигнала от большого, но симметричного фона.

А асимметрия вперед-назад определяется как A_FB= (N_F-N_B) / (N_F+ N_B), где N_F - это количество событий, в которых некоторая конкретная частица в конечном состоянии движется "вперед" относительно некоторого выбранного направления (например, электрон в конечном состоянии движется в том же направлении, что и электронный пучок в исходном состоянии при электрон-позитронных столкновениях) , а N_B - количество событий, когда частица в конечном состоянии движется «назад». Асимметрии вперед-назад использовались LEP эксперименты по измерению разницы в силе взаимодействия Z-бозон между левыми и правыми фермионами, что обеспечивает точное измерение слабый угол смешивания.
А лево-правая асимметрия определяется как A_LR= (N_L-N_р) / (N_L+ N_р), где N_L - количество событий, в которых некоторая частица в начальном или конечном состоянии является левополяризованной, а N_р - соответствующее количество правополяризованных событий. Лево-правые асимметрии рождения и распада Z-бозонов были измерены на Стэнфордский линейный коллайдер с использованием частот событий, полученных для левополяризованных и правополяризованных исходных электронных пучков. Лево-правые асимметрии также можно определить как асимметрии в поляризации частиц в конечном состоянии, поляризации которых можно измерить; например., тау лептоны.
А асимметрия заряда или асимметрия частица-античастица определяется аналогичным образом. Этот тип асимметрии использовался для ограничения функции распределения партонов протонов на Теватрон из событий, в которых произвел W бозон распадается на заряженный лептон. Асимметрия между положительно и отрицательно заряженными лептонами в зависимости от направления W-бозона относительно протонного пучка дает информацию об относительном распределении верхних и нижних кварков в протоне. Асимметрии частицы-античастицы также используются для извлечения измерений CP-нарушения из B-мезон и образование анти-B-мезонов на БаБар и Belle эксперименты.

Лексический

Асимметрия также имеет отношение к грамматика и лингвистика, особенно в контексте лексический анализ и трансформационная грамматика.

Пример перечисления:В английский существуют грамматические правила для указания элементов координат в перечислении или серии. Подобные правила существуют для языки программирования и математическая запись. Эти правила различаются, и некоторые требуют, чтобы лексическая асимметрия считалась грамматически правильной.

Например, в стандартном письменном английском:

   Мы продаем домашних кошек, собак и золотых рыбок. ### in-line асимметричный и грамматический. Продаем домашних животных (кошек, собак, золотых рыбок). ### in-line симметричный и грамматический. Продаем домашних животных (кошек, собак, золотых рыбок,). ### in-line симметричный и неграмматический. Продаем домашних животных: ### контур симметричный и грамматический - кошки - собаки - золотые рыбки.

Смотрите также

дальнейшее чтение

Гарднер, Мартин (1990), Новая вселенная с амбидекстрами: симметрия и асимметрия от зеркальных отражений до суперструн, 3-е издание, W.H.Freeman & Co Ltd.
Ян, Ю-Нунг; Йе Ян, Лили (1999). «Асимметрия между видами». Природа клеточной биологии. 1 (2): E42 – E44. Дои:10.1038/10036. PMID 10559895.

[1] Стандартные методы испытаний ASTM E119 для огнестойких испытаний строительных конструкций и материалов

[2] Schilthuizen, Менно (2013). «Что-то пошло не так: нерешенные загадки эволюции асимметричных гениталий животных». Биология животных. 63 (1): 1–20. Дои:10.1163/15707563-00002398.

[3] Литтл, Энтони С .; Джонс, Бенедикт С .; ДеБрюн, Лиза М. (12.06.2011). «Привлекательность лица: эволюционное исследование». Философские труды Королевского общества B: биологические науки. 366 (1571): 1638–1659. Дои:10.1098 / rstb.2010.0404. ISSN 0962-8436. ЧВК 3130383. PMID 21536551.

[4] Введение в теорию множеств, Третье издание, переработанное и дополненное: Hrbacek, Jech.^{[требуется полная цитата ]}

[1]

[2]

[3]

[4]