宇宙奇妙的“最优化的原则”(图)


蝴蝶
也许宇宙遵循了某种“最优化的原则”。(图片来源:Adobe stock)

生活中,人们只要稍微注意一下,就会发现自己生活在一个充满对称的世界里:每片雪花的晶体是对称的;一只蝴蝶的双翼是对称的;雨滴和星球是球形的;星系呈螺旋形的对称;海浪的起伏在空间上是对称的;大多数动物,如鹰、鲱鱼、大象则是呈左右两边对称的;作为万物之灵的人,当我们站立时,则有一个完美的对称形体。

为什么自然界如此偏爱对称?又是谁设计了这么多的高度完美的对称?科学家们对这一自然之谜提供的一个简单答案是:也许它们是由大量同一的“零件”构成的。大自然本身是在宇宙“工厂”里生产出来的,在“生产过程”中,也许宇宙遵循了某种“最优化的原则”。为什么会如此?这本身乃是一个更大的谜。一些科学家认为,包括我们人类在内的宇宙有深层的数学结构,遵循着某种我们难以理解的对称的原则。而对于这一切,我们了解得又是多么有限!

宇宙充满了对称,宇宙同时也充满了不对称或被打破了的对称。液态水分子有一种球性的对称,这是水之所以能流动的原因,但当水受冷结冰时,这种完美的对称就被破坏,而转变成一种如雪花晶体般的六边形的新的对称。

同样,大自然中的对称也以多种多样的方式被打破。例如,豹、狗、猫身上的斑点与花纹并不严格对称,比目鱼的两个眼睛长在一边,而我们人类的心脏位于胸腔的左边,也将外部形体的对称打破。

除了这种形体的位置不对称外,还有一种有趣的时间上的不对称。如大多数鸟飞行时都是同时拍打双翅的,但奇怪的是,燕子和蝙蝠却是交替拍打双翅。

这种对称与不对称的奇妙变换,如同宇宙本身的神秘性,引发了人们无限的遐思,激发着人们不断地去探索。

责任编辑:陈刚

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