Asymetrie - Asymmetry

Tento článek je o absenci symetrie. Pro konkrétní použití v matematice viz asymetrický vztah . Pro jiná použití, vidět asymetrii (disambiguation) .
Asymetrický (PSF). Svg
Asymetrická protipožární bariéra , požadovaná normou ASTM E119 pro požární zkoušky na obou stranách. Nejnižší výsledek dosahuje se rovná celkovému požární odolnosti hodnocení v systému tak, aby se zajistilo, že bariéra pracuje stejně dobře z obou stran.

Asymetrie je absence nebo narušení symetrie (vlastnost objektu, který je invariantní k transformaci, například reflexe). Symetrie je důležitou vlastností jak fyzických, tak abstraktních systémů a může být zobrazena v přesných termínech nebo estetičtěji. Nepřítomnost nebo narušení symetrie, které jsou buď očekávané, nebo požadované, mohou mít pro systém důležité důsledky.

V organismech

Vzhledem k tomu, jak se buňky dělí v organismech , je asymetrie v organismech poměrně obvyklá alespoň v jedné dimenzi, přičemž biologická symetrie je také běžná v alespoň jedné dimenzi.

Louis Pasteur navrhl, aby biologické molekuly byly asymetrické, protože kosmické [tj. Fyzické] síly, které předsedají jejich vzniku, jsou samy asymetrické. Zatímco v jeho době, a dokonce i nyní, je zvýrazněna symetrie fyzikálních procesů, je známo, že existují základní fyzikální asymetrie, počínaje časem.

Asymetrie v biologii

Hlavní článek: Symetrie v biologii

Asymetrie je důležitá a rozšířená vlastnost, která se mnohokrát vyvinula v mnoha organismech a na mnoha úrovních organizace (od jednotlivých buněk, přes orgány až po celé tvary těla). Výhody asymetrie mají někdy co do činění se zlepšeným prostorovým uspořádáním, jako je například zmenšení levé lidské plíce a menší počet laloků než pravé plíce, aby se vytvořil prostor pro asymetrické srdce . V dalších příkladech mohlo být rozdělení funkce mezi pravou a levou polovinu prospěšné a vedlo k posílení asymetrie. Takové vysvětlení se obvykle dává preferenci ruky nebo tlapky savce ( Handedness ), což je asymetrie ve vývoji dovedností u savců. Cvičení nervových drah v dovednosti jednou rukou (nebo tlapkou) může vyžadovat menší úsilí než to samé s oběma rukama.

Příroda také poskytuje několik příkladů předání vlastností, které jsou obvykle symetrické. Následují příklady zvířat se zjevnou levostrannou asymetrií:

Šumařský krab , Uca pugnax
  • Většina hlemýždi , protože kroucení během vývoje, ukazují pozoruhodnou asymetrii v plášti a ve vnitřních orgánech.
  • Šumařští krabi mají jeden velký a jeden malý dráp.
  • Narval to kel je levý řezák, který může dorůst až 10 stop na délku a formy levák šroubovice.
  • Platýsy se vyvinuly tak, aby plavaly jednou stranou nahoru a ve výsledku měly obě oči na jedné straně hlavy.
  • Několik druhů sov vykazuje asymetrii ve velikosti a umístění uší, což je považováno za pomoc při hledání kořisti.
  • Mnoho zvířat (od hmyzu až po savce) má asymetrické mužské genitálie . Evoluční příčina toho je ve většině případů stále záhadou.

Jako indikátor nezpůsobilosti

  • Určité poruchy během vývoje organismu vedoucí k vrozeným vadám .
  • Zranění po buněčném dělení, která nelze biologicky napravit, například ztracená končetina při nehodě.

Protože vrozené vady a poranění pravděpodobně naznačují špatné zdraví organismu, vady vedoucí k asymetrii často znevýhodňují zvíře, pokud jde o hledání partnera. Například vyšší stupeň symetrie obličeje je u lidí vnímán jako atraktivnější, zejména v kontextu výběru partnera. Obecně existuje korelace mezi symetrií a rysy souvisejícími s kondicí, jako je rychlost růstu, plodnost a schopnost přežití u mnoha druhů. To znamená, že prostřednictvím sexuálního výběru bývají preferováni jedinci s větší symetrií (a tedy i kondicí) jako kamarádi, protože u nich je větší pravděpodobnost, že porodí zdravé potomky.

Ve strukturách

Pre-moderní architektonické styly inklinovaly klást důraz na symetrii, kromě případů, kdy extrémní podmínky místa nebo historický vývoj vedou pryč od tohoto klasického ideálu. Naopak, modernističtí a postmoderní architekti měli mnohem větší volnost při používání asymetrie jako designového prvku.

Zatímco většina mostů využívá symetrickou formu kvůli vnitřní jednoduchosti designu, analýzy a výroby a ekonomickému použití materiálů, řada moderních mostů se od toho záměrně odchýlila, buď v reakci na konkrétní aspekty dané lokality, nebo k vytvoření dramatického prohlášení o návrhu.

Některé asymetrické struktury

V požární ochraně

U stěnových sestav s hodnocením požární odolnosti používaných v pasivní požární ochraně , mimo jiné včetně vysokonapěťových transformátorových protipožárních zábran , je asymetrie zásadním aspektem designu. Při projektování zařízení není vždy jisté, že v případě požáru , z které strany může vzniknout požár. Mnoho stavebních předpisů a standardů požárních zkoušek proto naznačuje, že symetrická sestava musí být testována pouze z jedné strany, protože obě strany jsou stejné. Jakmile je však sestava asymetrická, musí být obě strany otestovány a ke stanovení výsledků pro každou stranu je třeba zkušební protokol. V praxi je nejnižším dosaženým výsledkem výsledek, který se objeví v seznamech certifikací . Sponzor testu ani laboratoř nemohou vycházet z názoru nebo dedukce, která strana byla více ohrožena v důsledku uvažovaného testování a poté testovat pouze jednu stranu. Oba musí být testovány, aby vyhovovaly testovacím standardům a stavebním předpisům .

V matematice

Neexistují žádná a a b taková, že a < b a b < a . Tato forma asymetrie je asymetrický vztah .

V chemii

Některé molekuly jsou chirální ; to znamená, že nemohou být superponovány na svůj zrcadlový obraz. Chemicky identické molekuly s různou chiralitou se nazývají enantiomery ; tento rozdíl v orientaci může vést k různým vlastnostem ve způsobu, jakým reagují s biologickými systémy.

Ve fyzice

Asymetrie vzniká ve fyzice v řadě různých sfér.

Termodynamika

Původní nestatistická formulace termodynamiky byla časově asymetrická : tvrdila, že entropie v uzavřeném systému může s časem jen narůstat. Toto bylo odvozeno z druhého zákona (lze použít kterékoli z těchto dvou, Clausiusova nebo Lord Kelvinova výrok, protože jsou ekvivalentní) a pomocí Clausiovy věty (viz Kerson Huang ISBN   978-0471815181 ). Pozdější teorie statistické mechaniky je však časově symetrická. Ačkoli uvádí, že systém výrazně pod maximální entropií se velmi pravděpodobně vyvine směrem k vyšší entropii, uvádí také, že takový systém se velmi pravděpodobně vyvinul z vyšší entropie.

Fyzika částic

Symetrie je jedním z nejsilnějších nástrojů ve fyzice částic , protože se ukázalo, že prakticky všechny přírodní zákony pocházejí ze symetrie. Porušení symetrie proto představuje teoretické a experimentální hádanky, které vedou k hlubšímu pochopení přírody. Asymetrie v experimentálních měřeních také poskytují výkonné úchyty, které jsou často relativně prosté pozadí nebo systematických nejistot.

Porušení parity

Hlavní článek: parita (fyzika)

Až do padesátých let se věřilo, že základní fyzika je zleva doprava symetrická; tj. že interakce byly neměnné pod paritou . Přestože parita je zachována v elektromagnetismu , silných interakcích a gravitaci , ukázalo se, že je narušena při slabých interakcích . Standardní model zahrnuje porušení parity vyjádřením slabou interakci jako chirální interakce přístrojů. Ve standardním modelu se na slabých interakcích podílejí pouze levoruké částice a pravostranné součásti antičástic. Důsledkem narušení parity ve fyzice částic je, že neutrina byla pozorována pouze jako částice levé ruky (a antineutrina jako částice pravé ruky).

V letech 1956-1957 Chien-Shiung Wu , E. Ambler, RW Hayward, DD Hoppes a RP Hudson zjistili zjevné porušení ochrany parity při rozpadu beta kobaltu-60. Současně RL Garwin , Leon Lederman a R. Weinrich upravili stávající cyklotronový experiment a okamžitě ověřili narušení parity.

Porušení CP

Hlavní článek: CP-porušení

Po objevení narušení parity v letech 1956–57 se věřilo, že byla zachována kombinovaná symetrie parity (P) a simultánní konjugace náboje (C), zvaná CP . Například CP transformuje levotočivé neutrino na pravotočivé antineutrino. V roce 1964 však James Cronin a Val Fitch poskytli jasný důkaz o tom, že při experimentu s neutrálními kaony byla porušena také symetrie CP .

Porušení CP je jednou z nezbytných podmínek pro generování baryonové asymetrie v raném vesmíru.

Kombinace symetrie CP se současným obrácením času (T) vytváří kombinovanou symetrii zvanou CPT symetrie . Symetrie CPT musí být zachována v jakékoli Lorentzově invariantní teorii místního kvantového pole s Hermitianem Hamiltonianem . Od roku 2006 nebylo pozorováno žádné porušení symetrie CPT.

Baryonova asymetrie vesmíru

Hlavní článek: baryogenesis

Dosud pozorované baryony (tj. Protony a neutrony a atomy, které obsahují) ve vesmíru jsou převážně hmotou na rozdíl od antihmoty . Tato asymetrie se nazývá baryonová asymetrie vesmíru.

Porušení isospinu

Isospin je transformace symetrie slabých interakcí . Koncept poprvé představil Werner Heisenberg v jaderné fyzice na základě pozorování, že hmotnosti neutronu a protonu jsou téměř identické a že síla silné interakce mezi jakoukoli dvojicí nukleonů je stejná, bez ohledu na to, zda se jedná o protony nebo neutrony. Tato symetrie vzniká na zásadnější úrovni jako symetrie mezi kvarky up-type a down-type . Isospinovou symetrii v silných interakcích lze považovat za podmnožinu větší skupiny symetrie příchutí , ve které jsou silné interakce neměnné při výměně různých typů kvarků. Zahrnutí podivného kvarku do tohoto schématu vede ke schématu Osminásobné cesty pro klasifikaci mezonů a baryonů.

Isospin je narušen skutečností, že hmotnosti kvarků nahoru a dolů jsou různé, stejně jako jejich různé elektrické náboje. Protože toto narušení je ve většině procesů, které zahrnují silné interakce, pouze malý účinek, zůstává symetrie isospin užitečným výpočtovým nástrojem a jeho porušení zavádí opravy výsledků isospin-symetrie.

V experimentech s urychlovačem

Protože slabé interakce narušují paritu, urychlovačové procesy, které mohou zahrnovat slabé interakce, obvykle vykazují asymetrie v distribucích částic konečného stavu. Tyto asymetrie jsou obvykle citlivé na rozdíl v interakci mezi částicemi a antičásticemi nebo mezi leváky a praváky. Lze je tedy použít jako citlivé měření rozdílů v síle interakce a / nebo k rozlišení malého asymetrického signálu od velkého, ale symetrického pozadí.

  • Dopředu-dozadu asymetrie je definována jako FB = (N F -N B ) / (N F + N B ), kde N F je počet akcí, na kterých se některé konkrétní konečné stavu částice pohybující se „vpřed“, pokud jde do nějakého zvoleného směru (např. elektron v konečném stavu pohybující se ve stejném směru jako elektronový paprsek v počátečním stavu při srážkách elektron-pozitron), zatímco N B je počet událostí s pohybem částice v konečném stavu „dozadu“. Dopředu-dozadu asymetrie byly použity experimenty LEP k měření rozdílu v síle interakce bosonu Z mezi levou rukou a pravou rukou fermiony, což poskytuje přesné měření slabého směšovacího úhlu .
  • Levo-pravá asymetrie je definována jako LR = (N L -N R ) / (N L + N R ), kde N L je počet událostí, ve kterých jsou některé základní a nebo v konečném stavu částic se nechá-polarizované, zatímco N R je odpovídající počet pravo-polarizovaných událostí. Levo-pravá asymetrie v produkci a rozpadu bosonu Z byla měřena na Stanfordově lineárním urychlovači pomocí rychlostí událostí získaných s levými polarizovanými versus pravými polarizovanými počátečními elektronovými paprsky. Levo-pravou asymetrii lze také definovat jako asymetrie v polarizaci částic konečného stavu, jejichž polarizace lze měřit; např. tau leptony .
  • Náboj asymetrie nebo částic antičástice asymetrie je definován v podobným způsobem. Tento typ asymetrie byl použit k omezení distribučních funkcí protonů na Tevatronu z událostí, při kterých se produkovaný W boson rozpadá na nabitý lepton. Asymetrie mezi kladně a záporně nabitými leptony jako funkce směru W bosonu vzhledem k protonovému svazku poskytuje informace o relativním rozdělení kvarků nahoru a dolů v protonu. Asymetrie částic a antičástic se také používají k extrakci měření narušení CP z B mezonu a produkce anti-B mezonu v experimentech BaBar a Belle .

Lexikální

Asymetrie je také relevantní pro gramatiku a lingvistiku , zejména v kontextu lexikální analýzy a transformační gramatiky .

Příklad výčtu: V angličtině existují gramatická pravidla pro určení souřadnicových položek ve výčtu nebo řadě. Podobná pravidla existují i ​​pro programovací jazyky a matematickou notaci . Tato pravidla se liší a některá vyžadují, aby byla lexikální asymetrie považována za gramaticky správnou.

Například ve standardní psané angličtině: 

   We sell domesticated cats, dogs, and goldfish.        ### in-line asymmetric and grammatical
   We sell domesticated animals (cats, dogs, goldfish).  ### in-line symmetric and grammatical
   We sell domesticated animals (cats, dogs, goldfish,). ### in-line symmetric and ungrammatical
   We sell domesticated animals:                         ### outline symmetric and grammatical
     - cats
     - dogs
     - goldfish

Viz také

Reference

  1. ^ ASTM E119 Standardní zkušební metody pro požární zkoušky stavebních konstrukcí a materiálů
  2. ^ Schilthuizen, Menno (2013). „Něco se zhoršilo: nevyřešené záhady ve vývoji asymetrických genitálií zvířat“ . Biologie zvířat . 63 (1): 1–20. doi : 10,1163 / 15707563-00002398 .
  3. ^ Malý, Anthony C .; Jones, Benedict C .; DeBruine, Lisa M. (06.06.2011). „Atraktivita obličeje: evoluční výzkum“ . Filozofické transakce Královské společnosti B: Biologické vědy . 366 (1571): 1638–1659. doi : 10.1098 / rstb.2010.0404 . ISSN   0962-8436 . PMC   3130383 . PMID   21536551 .
  4. ^ Úvod do teorie množin , třetí vydání, revidované a rozšířené: Hrbacek, Jech.

Další čtení