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对称性图案(2),及其他

对称性图案(2),及其他

作者: 老鹏友 | 来源:发表于2024-05-12 00:02 被阅读0次

【原创】

(一)基本定义/准备知识

我们为什么要关心对称性这个问题呢?首要的理由是,对称性对人类的心智具有迷人的魅力,每一个人都喜好具有某种对称性的物体或者图案。大自然常常在我们这个大千世界的事物身上展现出某种对称性,这是一个极为引人入胜的事实——费曼
定义对称性是一件有趣的事情,我们已经说过,外尔对此下过一个很好的定义,这个定义的实质是说,如果我们能够对一件东西做某种事情,做完之后,这件东西看上去与原先一模一样,那么,就说这件东西是对称的。比如说,一个对称的花瓶就是这样的东西,如果我们使它反射或者旋转,它看上去将会与原先一模一样——费曼

以下为对称操作的几种典型方式:

(二)图例:二维中的对称

所示的蜈蚣的中心部分具有相当规则的平移对称性,并伴有左右对称性,两种对称性的基本操作分别为单节平移和纵线反射——《对称》

蜈蚣

在一维时间上等间隔的重复就产生了音乐的节拍。在一维时间上等间隔的重复就产生了音乐的节拍。也可以说,芽枝的生长把缓慢的时间节拍转化成了空间节律——《对称》

芽枝

这凝固的冻叶儿,是否也像那蜈蚣的躯体?

冻叶

下图左边称为“蜈蚣草”,看来植物学家们早已观察到蜈蚣和草叶儿具有相似性。只是,肾蕨为何称为肾蕨?

蜈蚣草和肾蕨

(三)图例:空间中的对称

关于空间对称,《对称》这本书的解说:

取一条由长度为a的图案不断接续构成的饰带,把它绕在一个周长为a的整数倍(比如说25a)的圆柱面上,这样得到的图案绕圆柱的轴转动α=360°/25或其整数倍后保持不变。接连转25次后转动的总角度为360°,或者说是恒等旋转。于是我们就得到了一个25阶有限旋转群,即由25个操作构成的群。圆柱可以用任何具有柱对称性的面,亦即在绕某一根轴的所有旋转下均保持不变的面(譬如说花瓶的表面)来代替。
陶罐 藻井
灯塔
天坛
土楼

注:以上网图侵删

(四)思想实验:时空平移

通过以上的文字和图片,人类思维中所内涵的关于对称的认知就是——一件事物,在你对它施加了某种作用之后,它依然严格地保持了原貌。为了加深对这个定义的认识,费曼在关于空间和时间平移中,分别举了两个关于设备运转的例子:

空间平移。假如我们在某个地方做一个实验,然后在空间中另一个地方建造另一套设备(或者把原来的设备搬过去),那么,只要安排好了相同的条件,并充分注意到前面提到的约束规则:即所有使机器不以相同方式运转的外部性质也都被移走,那么,在前一套设备中按照确定的时间顺序无论发生过什么事情,在后一套设备中都将以相同的方式出现。
时间平移。我们今天也同样相信,时间平移对物理定律没有任何影响。(这是就我们目前所知而言——所有这些现象都是就我们目前所知而言的!)这就意味着,如果我们建造一套设备并在某个时刻,比如说在星期四早上10:00启动它,然后再造一套相同的设备,并在比如说3天之后在相同的条件下启动它,那么,无论在何时启动,这两套设备将以完全相同的时间依赖方式表现出相同的动作,当然,还是要规定,外界的有关性质也要及时地得到适当的修正。这种对称性自然就意味着,如果一个人在3个月以前买进通用汽车公司的股票,那么,发生在这些股票上的事情就如同他现在买进它一样!

(五)“心”的回答

现实中,我们是否能够做到时间平移?我们大多数人都没有进行考察的条件,除了需要做严肃研究的科学家们,也很难确定如何寻找这种考察的着力点。

如果做不到时间平移,那么生活中是否存在“准时间平移”?比如“做一天和尚撞一天钟”,每天的日子过得差不多,感受不到太大区别,一切岁月静好。

我想,对于常人来说,可能是非常困难的。因为“心”——是心拨动了时间的琴弦,除了心,没有任何其他事物能够作为“绝对静止”这一概念的依仗,并用来作为其他事物的永恒参照。“心无所住”,“心动,不是幡动”,即便是心,也无法做到平静如水。

同样对于常人,我们的心,面对自我以及外界,无时不刻不在做着关于自我的博弈,无时不刻不在做着关于生活的决议。那么,从这个角度或许也可以说,是心赋予了时间以属性,是心赋予了时间以价值,每一次新决议,都是心的关于生活的又一种变化。

(六)关于博弈的科学自觉

生活中,无论是从条件的齐备、还是从信息的准确角度,既然我们无法提供严格的时间平移和空间平移,那么关于博弈,我们就不得不抓大放小,在有限问题的前提下作出收敛和聚焦,并常怀“失”之心。怀“失”,才能抓住心的源头,才能生慧,并赋予自我以力量的真实。

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