Симетрија

Из Википедије, слободне енциклопедије
Asymmetric (PSF).svg

Симетрија' (од грчке речи συμμετρία symmetria „сагласност у димензијама услед сразмере, аранжмана“)[1] на свакодневном језику односи се на осећај хармоничне и лепе пропорције и равнотеже.[2][3][а] У математици, „симетрија“ има прецизнију дефиницију, да је објекат инваријантан за било коју од различитих трансформација; укључујући рефлексију, ротацију или скалирање. Симетрија је пресликавање фигура у геометрији. Симетријом се назива и особина симетричности фигуре у односу на праву (осу), тачку (центар), или раван, тј. својство геометријске фигуре да има осу симетрије, центар симетрије, или раван симетрије. Мада ова два значења симетрије могу понекад да буду различита, она су сродна.

Математичка симетрија се може посматрати у погледу проласка времена; као просторни однос; кроз геометријске трансформације; кроз друге врсте функционалних трансформација; и као аспект апстрактних објеката, теоретских моделиа, језика, музике, чак и самог знање.[4][б]

Супротно од симетрије је асиметрија.

Математика[уреди]

У геометрији[уреди]

Трискелион има троструку ротациону симетрију.

Геометријски облик или објекат је симетричан ако се може поделити у два или више идентична дела који су уређени на организован начин.[5] То значи да је објекат симетричан ако постоји трансформација која помера појединачне делове објекта, али не мења свеукупни облик. Тип симетрије се одређује по начину на који су делови организовани, или по типу трансформације:

  • Објекат има рефлексиону симетрију (линијску или симетрију огледала) ако постоји линија која пролази кроз објекат која га дели у два дела који су слике у огледалу један другог.[6]
  • Објекат има ротациону симетрију ако се објекат може ротирати око фиксне тачке без промене свеукупног облика.[7]
  • Објекат има транслациону симетрију ако се може транслирати без промене његовог свеукупног облика.[8]
  • Објекат има хеликсну симетрију ако се може симултано транслирати и ротирати у тродимензионом простору дуж линије познате као оса вијка.[9]
  • Објекат има симетрију скале ако се не мења његов облик кад се експандира или контрахује.[10] Фрактали исто тако испољавају форму симетрије скале, при чему су мале порције фрактала сличног облика са великим порцијама.[11]
  • Друге симетрије обухватају трансфлекцијску симетрију и роторефлекцијску симетрију.

У логици[уреди]

Бинарна релација R је симетрична ако и само ако, кад год је истинито да је Rab, онда је истинито и да је Rba.[12] Стога, израз „је истог усзраста као“ је симетричан за: ако је Пол истог узраста као Мери, онда је Мери истог узраста као Пол.

Симетричне бинарне логичке операције су И (∧, или &), ИЛИ (∨, или |), двоуслов (ако и само ако) (↔), НИ (не-и, или ⊼), ЕКСИЛИ (или ⊻), и НИЛИ (или ⊽).

Друге области математике[уреди]

Генерализујући геометријску симетрију из претходног одељка, може се рећи да је математички објекат симетричан у односу на дату математичку операцију, ако када се она примени на објект, ова операција очува неку особину објекта.[13] Сет операција које очувавају дато својство објекта формирају групу.

У општем случају, свака врста структуре у математици ће имати своју врсту симетрије. Примери укључују парне и непарне функције у рачуну; симетричну групу у апстрактној алгебри; симетричне матрице у линеарној алгебри; и Галоеву групу у теорији Галоа. У статистици, симетрија се појављује као симетрична расподела вероватноће, и као коефицијент асиметрије асиметричне дистрибуције.

Осна симетрија[уреди]

Осна симетрија
Леонардо да Винчијев Витрувијев човек (ca. 1487) се често користи као репрезентација симетрије људског тела и, по аналогији, природног свемира.
Облик сличан фракталу који има рефлексиону симетрију, ротациону симетрију и самосличност, три форме симетрије. Овај облик се добија помоћу правила коначне потподеле.
Симетричне аркаде портиката у Великој џамији у Керуану у Тунису.

Осна симетрија је геометријско пресликавање тачака , такво да је дуж , која спаја лик и слику, нормална на дату праву l, осу симетрије, и да је , где је S тачка пресека дужи и праве l.

Посебно (в. Проф. В. А. Диткин, Речник математичких термина, Просвешћење, Москва, 1965.), за симетрију у односу на праву l која лежи у некој равни π можемо рећи да је то таква трансформација тачака ове равни у исту раван при којој свака тачка А прелази у тачку A' симетричну с првом тачком у односу на праву (слика десно). Права l се назива оса симетрије, а симетрија у односу на праву осна симетрија, рефлексија, или огледање на правој.

Осна симетрија је бијекција, а такође и инволуциона трансформација. У осној симетрији дужина сегмента остаје непромењена (инваријантна), оријентација фигуре се мења у супротну, па је, осна симетрија кретање друге врсте. Осна симетрија праве трансформише у праве, при чему се праве нормалне на осу симетрије трансформишу у саму себе, а оса остаје непокретна, и то пунктуално непокретна (пунктуално инваријантна): свака њена тачка је двострука тачка.

Осна симетрија се користи у решавању задатака из геометријских конструкција, у цртању графика парне функције, у архитектури, у кристалографији, у дезенирању тканина, итд. Производ (композиција пресликавања) две осне симетрије с паралелним осима је паралелно преношење (транслација), производ две осне симетрије чије се осе секу није симетрија ни у односу на прву ни у односу на другу осну симетрију, дакле, множина симетрија у равни у односу на дате осе није затворена, односно, скуп свих осних симетрија у равни није група.

Централна симетрија[уреди]

Централна симетрија је геометријско пресликавање тачака , такво да је , при чему је О дата непокретна (фиксна) тачка.

Посебно, симетрија у односу на тачку О која лежи у некој равни π је таква трансформација тачака ове равни при којој свака тачка A прелази у тачку A' симетричну њој у односу на тачку О. Тачка О се онда назива центар симетрије, а симетрија у односу на тачку централна симетрија.

Централна симетрија је бијекција, инволуција и ротација у равни за угао 180 степени. Обе, централна и осна симетрија се примењују у сличним областима.

Производ, композиција централних симетрија је транслација.

Наука и природа[уреди]

У физици[уреди]

Главни чланак: Симетрије (физика)

Симетрије у физици су симетрије физичког система под којима се подразумевају скупови трансформација у односу на које физички систем остаје непромењен, то јест остаје инваријантан.[14] У физици је концепт симетрије веома важан, јер симетрије физичких система поједностављују решавање проблема у њима. Симетрије се у физици налазе у свим областима.[15] Заправо, ова улога је инспирисала добитника Нобелове награде П.В. Андерсона да напише свиј познати чланак из 1972. године More is Different у коме каже да се „само незнатно пренаглашава перспектива кад се каже да је физика проучавање симетрије“.[16] Нетерова теорема, која је знатно поједностављена форма, наводи да за сваку континуирану математичку симетрију постоји одговарајући конзервирани квантитет, као што је енергија или моменат; конзервирана струја, по Нетеровом оригиналним речима;[17] и исто тако, Вигнерова класификација каже да симетрије закона физике одређују особине честица пронађених у природи.[18]

Важне симетрије у физици обухватају континуиране симетрије и дискретне симетрије простор-времена; унутрашње симетрије честица; и суперсимитрију физичких теорија.[19][20] [21]

Многе животиње су приближно осно симетричне, мада су унутрашњи органи често асиметрично уређени.

У биологији[уреди]

За више информација погледајте: симетрија животиња и симетрија лица

У биологији, појам симетрије се углавном експлицитно користи за описивање облика тела. Билатералне животиње, укључујући и људе, су више или мање симетричне у односу на сагиталну раван која дели тело на леву и десну половину.[22] Животиње које се крећу у једном правцу неопходно имају горњу и страну, главу и леђа, као и леву и десну страну. Глава постаје специјализована са устима и чулним органима, и тело постаје билатерарно симетрично ради кретања, са симетричним паровима мишића и скелеталних елемената, мада унутрашњи органи остају асиметрични.[23]

Биљке и сесилне (причвршћене) животиње као што су морске сасе обично имају радијалну или ротациону симетрију, што им одговара јер храна или опасности могу стићи из било којег правца. Петострука симетрија се налази код бодљокошаца, групе која обухвата морске звезде, морске јежеве и морске кринове.[24]

У биологији, појам симетрије се такође користи као у физици, то јест за описивање особина испитиваних објеката, укључујући њихове интеракције. Изузетна особина биолошке еволуције су промене симетрије која одговарају појавама нових делова и динамике.[25][26]

У хемији[уреди]

Симетрија је важна за хемију, јер условљава есенцијално све специфичне интеракције између молекула у природи (тј. путем интеракције природних и људски направљених хиралних молекула са инхерентно хиралном биолошким системима). Контрола симетрије молекула произведених у модерној хемијској синтези доприноси способности научника да понуде терапеутске интервенције са минималним нежељеним ефектима. Ригорозно разумевање симетрије објашњава основна опажања у квантној хемији, и у примењеним областима спектроскопије и кристалографије. Теорија и примена симетрије на ове области физичких наука у великој мери зависи од математичке области теорије група.[27]

У друштвеним интеракцијама[уреди]

Људи опажају симетричну природу, често укључујући и асиметричну равнотежу друштвених интеракција у различитим контекстима. Ово обухвата процену реципроцитета, емпатију, симпатију, покајање, дијалог, поштовање, правду и освету. Рефлективни еквилибријум је равнотежа која се може постићи путем договорног међусобног прилагођавања између општих принципа и специфичних мишљења.[28] Симетричне интеракције шаљу моралну поруку „сви смо исти“, док асиметричне интеракције могу послати поруку „ја сам посебан, бољи од вас“. Међусобни односи који се руководе златним правилом, заснивају се на симетрији, док су односи моћи засновани на асиметрији.[29] Симетрични односи се могу у извесној мери одржавати једноставним стратегијама (теорија игара) које се виде у симетричким играма, као што је мило за драго.[30]

У уметности[уреди]

Плафон џамије Шејх Лутфулах, Исфахан, Иран има осмоструку симетрију.
Гледано са стране, Таџ Махал има билатералну симетрију; од горе (у равни), он има четвороструку симетрију.
За више информација погледајте: Математика и уметност

У архитектри[уреди]

За више информација погледајте: Математика и архитектура

Симетрија проналази своје пут у архитектуру на свим нивоима, од свеукупних екстерних погледа на зграде као што су готичке катедрале и Бела кућа, кроз распоред појединачних тлоцрта, и до дизајна појединачних грађевинских елемената као што су мозаици од плочица. Исламске грађевине као што је Таџ Махал и џамија Шејх Лутфулаха правити детаљну употребу симетрије како у својој структури, тако и у својој орнаментацији.[31][32] Маварска здања попут Алхамбра су украшена су сложеним обрасцима направљеним помоћу симетрије транслација и рефлексија, као и ротација.[33]

По неким гледиштима само лоши архитекти се ослањају на „симетричан распоред блокова, маса и структура“.[34] Модернистичка архитектура, почевши од међународног стила, уместо тога се ослања на „крила и баланс маса“.[34]

Напомене[уреди]

  1. На пример, Аристотел приписује сферни облик небеским телима, приписујући ову формално дефинисану геометријску меру симетрије природном поретку и савршенству космоса.
  2. Симетрички објекти могу бити материјали, као што су кристали, покривач, подне плочице или молекул, или то могу бити апстрактна структура као што је математичка једначина или серија тонова (музика.

Референце[уреди]

  1. „symmetry”. Online Etymology Dictionary. 
  2. Zee, A. (2007). Fearful Symmetry. Princeton, N.J.: Princeton University Press. ISBN 978-0-691-13482-6. 
  3. Symmetry and the Beautiful Universe, Christopher T. Hill and Leon M. Lederman, Prometheus Books (2005)
  4. Mainzer, Klaus (2005). Symmetry And Complexity: The Spirit and Beauty of Nonlinear Science. World Scientific. ISBN 978-981-256-192-3. 
  5. E. H. Lockwood, R. H. Macmillan, Geometric Symmetry, London: Cambridge Press, 1978
  6. Weyl, Hermann (1982) [1952]. Symmetry. Princeton: Princeton University Press. ISBN 978-0-691-02374-8. 
  7. Singer, David A. (1998). Geometry: Plane and Fancy. Springer Science & Business Media. 
  8. Stenger, Victor J. (2000) and Mahou Shiro (2007). Timeless Reality. Prometheus Books. Especially chapter 12. Nontechnical.
  9. Bottema, O, and B. Roth, Theoretical Kinematics, Dover Publications (September 1990)
  10. Tian Yu Cao Conceptual Foundations of Quantum Field Theory Cambridge University Press pp. 154-155
  11. Gouyet, Jean-François (1996). Physics and fractal structures. Paris/New York: Masson Springer. ISBN 978-0-387-94153-0. 
  12. Josiah Royce, Ignas K. Skrupskelis . The Basic Writings of Josiah Royce: Logic, loyalty, and community (Google eBook) Fordham Univ Press. (2005). стр. 790.
  13. Christopher G. Morris (1992) Academic Press Dictionary of Science and Technology Gulf Professional Publishing
  14. Costa, Giovanni; Fogli, Gianluigi (2012). Symmetries and Group Theory in Particle Physics: An Introduction to Space-Time and Internal Symmetries. Springer Science & Business Media. стр. 112. 
  15. Квантна механика, Маја Бурић, Физички факултет Универзитета у Београду, приступљено: 10. март 2015.
  16. Anderson, P.W. (1972). „More is Different” (PDF). Science. 177 (4047): 393—396. Bibcode:1972Sci...177..393A. PMID 17796623. doi:10.1126/science.177.4047.393. 
  17. Wigner (2010)
  18. Wigner, E. P. (1939), „On unitary representations of the inhomogeneous Lorentz group”, Annals of Mathematics, 40 (1): 149—204, Bibcode:1939AnMat..40..149W, MR 1503456, doi:10.2307/1968551 
  19. Martin, Stephen P. (1997). „A Supersymmetry Primer”. Advanced Series on Directions in High Energy Physics: 1—98. arXiv:hep-ph/9709356Слободан приступ. doi:10.1142/9789812839657_0001. 
  20. Baer, Howard; Tata, Xerxes (2006). Weak scale supersymmetry: From superfields to scattering events. 
  21. Dine, Michael (2007). Supersymmetry and String Theory: Beyond the Standard Model. стр. 169. 
  22. Valentine, James W. „Bilateria”. AccessScience. Приступљено 29. 05. 2013. 
  23. Hickman, Cleveland P.; Roberts, Larry S.; Larson, Allan (2002). „Animal Diversity (Third Edition)” (PDF). Chapter 8: Acoelomate Bilateral Animals. McGraw-Hill. стр. 139. Приступљено 25. 10. 2012. 
  24. Stewart, Ian (2001). What Shape is a Snowflake? Magical Numbers in Nature. Weidenfeld & Nicolson. стр. 64—65. 
  25. Longo, Giuseppe; Montévil, Maël (2016). Perspectives on Organisms: Biological time, Symmetries and Singularities (на језику: енглески). Springer. ISBN 978-3-662-51229-6. 
  26. Montévil, Maël; Mossio, Matteo; Pocheville, Arnaud; Longo, Giuseppe (2016). „Theoretical principles for biology: Variation”. Progress in Biophysics and Molecular Biology. From the Century of the Genome to the Century of the Organism: New Theoretical Approaches. 122 (1): 36—50. doi:10.1016/j.pbiomolbio.2016.08.005. 
  27. Lowe, John P.; Peterson, Kirk (2005). Quantum Chemistry (Third изд.). Academic Press. ISBN 978-0-12-457551-6. 
  28. Reflective Equilibrium чланак у Станфордовој енциклопедији филозофије
  29. Emotional Competency: Symmetry
  30. Lutus, P. (2008). „The Symmetry Principle”. Приступљено 28. 09. 2015. 
  31. Williams: Symmetry in Architecture. Members.tripod.com (1998-12-31). Retrieved on 2013-04-16.
  32. Aslaksen: Mathematics in Art and Architecture. Math.nus.edu.sg. Retrieved on 2013-04-16.
  33. Derry, Gregory N. (2002). What Science Is and How It Works. Princeton University Press. стр. 269. ISBN 978-1-4008-2311-6. 
  34. 34,0 34,1 Dunlap, David W. (31. 07. 2009). „Behind the Scenes: Edgar Martins Speaks”. New York Times. Приступљено 11. 11. 2014. »“My starting point for this construction was a simple statement which I once read (and which does not necessarily reflect my personal views): ‘Only a bad architect relies on symmetry; instead of symmetrical layout of blocks, masses and structures, Modernist architecture relies on wings and balance of masses.’« 

Литература[уреди]

  • Gouyet, Jean-François (1996). Physics and fractal structures. Paris/New York: Masson Springer. ISBN 978-0-387-94153-0. 
  • Singer, David A. (1998). Geometry: Plane and Fancy. Springer Science & Business Media. 
  • Weyl, Hermann (1982) [1952]. Symmetry. Princeton: Princeton University Press. ISBN 978-0-691-02374-8. 
  • Mainzer, Klaus (2005). Symmetry And Complexity: The Spirit and Beauty of Nonlinear Science. World Scientific. ISBN 978-981-256-192-3. 
  • Kosmann-Schwarzbach, Yvette (2010). The Noether theorems: Invariance and conservation laws in the twentieth century. Sources and Studies in the History of Mathematics and Physical Sciences. Springer-Verlag. ISBN 978-0-387-87867-6. 
  • Livio, Mario (2006). The Equation That Couldn't Be Solved: How Mathematical Genius Discovered the Language of Symmetry. Souvenir Press. ISBN 978-0-285-63743-6. 

Спољашње везе[уреди]