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六、五次对称及其蕴含的哲学思想简介

2018年07月17日 15:47  点击:[]

我们在上面介绍晶体的对称时就说过,晶体上不能有五次对称,因为五次对称与晶体的平移对称不兼容。

但是,在生物界(包括植物与动物),五次对称却广泛存在。例如:具有五次对称的花朵(梅花、紫罗兰、迎春花……),具有五次对称的各种病毒(SAS病毒….),这些现象给人们一种思想:无生命的物质(例如晶体)就不能够有五次对称,而有生命的物质才能有五次对称。无生命与有生命是自然界两个截然不同的世界,所以,五次对称成为这两个截然不同世界的分界线。

梅花

紫罗兰

迎春花

1-28 五次对称的梅花、紫罗兰、迎春花

SARS病毒

前苏联晶体学家别洛夫曾经说过:“五次对称是生物为其生存而斗争的特殊武器”。因为生物体中有五次对称,生物才不致结晶(固结),因而有活力,能生长,能演化,能变异,从而形成纷繁多样的生物界。

这句话似乎道出了五次对称的神奇力量,只要具有五次对称,物体就有生命的活力;而相反,如果没有五次对称,物体就是“死”的。

然而,在1984年10月,肖特曼(Shechtman D)在美国物理评论快报上发表文章,报道了具有五次对称的金属相。这一金属相的结构与晶体结构有着明显的区别,它有长程有序规律,但它没有重复周期,即:它不具有格子构造,它不是晶体。那它是什么呢?人们只好给它一个类似于晶体的名字,叫准晶体。准晶体的发现,给传统的经典的晶体对称理论带来了猛烈冲击,因为它不能够用传统晶体对称理论来研究了,因此迅速发展起一门晶体学的分支学科----准晶体学。虽然晶体中不可能有五次对称,但准晶体中可以有五次对称。

准晶体是一种特殊的无机物体,是无生命的,为什么它会有五次对称呢?

有人提出这么一种思想:准晶体的发现为生物与非生物架起了一座桥梁。

我们刚才说过,五次对称使物体具有活力。那么,准晶体是具有五次对称的,应该比晶体更具有活力?应该与生物相似?怎么理解与认识“准晶体在生物与非生物之间架起了一座桥梁”?这样的自然观将对我们认识自然界产生深远的影响。

另外一个值得注意的问题是,具有五次对称的图形,往往出现“黄金分割”。我们常常听说有“黄金分割”这个词,它是什么意思呢?“黄金分割”当然不是指的怎样分割黄金,这是一个比喻的说法,它是说分割的比例像黄金一样珍贵。那么这个比例是多少呢?是0.618。人们把这个比例的分割点,叫做黄金分割点,把0.618叫做黄金数。

黄金分割数是自然界的一个合理数,这是因为,自然界的和谐、建筑物的美、植物生长、动物繁殖等等,在尺寸大小比、种类数量比、增长数量比等,经常出现黄金分割点。某种物体只要在比例上符合黄金分割,就会非常美丽与和谐

在生活中,对“黄金分割”有着很多的应用:

最完美的人体:肚脐到脚底的距离/头顶到脚底的距离=0.618

最漂亮的脸庞:眉毛到脖子的距离/头顶到脖子的距离=0.618

………..

图1-29 五角星上的黄金分割点:a-c与a-b之间的长度比为黄金分割

既然“黄金分割”是自然界的合理数,而五次对称的图案又经常出现“黄金分割”,因此,五次对称也应该是自然界的合理对称形式了。

在生物界经常出现五次对称形式,说明了五次对称的合理性,但为什么这种合理性不能延续到无机晶体界?这是从更高的自然观认识晶体的本质。

总之,对称性本身就是一个神奇美妙的世界,晶体的对称、准晶体的对称、生物界的对称,又在五次对称的基础上联系起来了,这让我们更加感到我们所生存的世界里,对称规律变幻莫测,奥妙无穷,等待着我们进一步探索。

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