对称与失衡

中国科学院过程工程研究所  罗保林

大自然中的许多植物、动物,都有一个共同且鲜明的特征,那就是对称;尤其是动物都具有类似的对称性的五官和肢体。无论是水中的鱼类还是天上的飞鸟,更遑论地上跑着的牲畜和野兽了。五官中眼和耳朵左右成对,鼻孔有对称的两个孔,嘴有上下两片唇;肢体中有对称的左右四肢或鱼鳍或鸟翼。可以说对称竟然就是“天造地设”,所有活物概莫能外。

确确实实,在自然界到处有对称。对称给人以美和秩序“对称是自然观念。”

对称又与人类生活和人类文化息息相关,男女、阴阳、对抗的两极以及所有宇宙力量、数学结构都与对称有直接关系。有了对称才会有平衡,对称遭遇破坏失衡随之而来,秩序就会紊乱。对称就是客观的规律性存在,与生俱来,无可违逆。

对称构造了整个世界,对称维系着整个世界,对称整合着整个世界的依存和秩序。

对称既简单又明了,实实在在触手可及;然而其来由的神秘及其内涵的深邃,又是遥不可测,无从探究。

是谁设计出对称?是谁成就了对称?是谁给对称赋予了秩序美?又是谁给了对称以规律性的力量,使天下万物无以违逆,不可抗拒? 

空间的左右对称不仅是一种自然观念,在物理学界也是公认的,比如物理学的对称性认为有正电子就一定有负电子,有正极一定对应负极。在物理学中,这种“对称性”是指物理规律在某种变化下的不变性,或说时间和空间的变化不会改变物理规律的形式和结果,因此这种对称可以说是守恒的,因而构成了物理学中宇称守恒的基础。宇称守恒一向被认为是物理的公理,是非常正确的,是自然界的真理,是天经地义的。

或许是受到自然或物理现象的启发,人们在实际生活中大多喜欢对称,觉得对称就有平衡感,有某种秩序美感,看看天安门前的东西华表、中南海门前左右蹲伏的石狮、你家门前贴的春联,……对称在生活中俯拾皆是。

然而,对称在某些场合、某些时候也是会失衡的。正因为对弱相互作用中宇称守恒的质疑,杨振宁教授与李政道教授合作共同提出“弱相互作用中宇称不守恒”定律,并因此获得了诺贝尔物理奖的殊荣。宇称守恒和宇称不守恒控制着不同物理范畴中的相互作用,因为世界是多样性的,也是生动的。

在参加著名的世界科技出版公司主席潘国驹给他在新加坡举办的庆祝杨振宁85岁的研讨会的寿辰晚宴上,著名物理学家杨振宁 “先简短感谢潘国驹安排的这个会议,使他重新回顾自己漫长科学生涯中的许多篇章,重新忆起许多重要领域发展里的熟悉老友,令他感触莫名”。然后他话锋一转,突然说他对这个研讨会有一个抱怨,那就是开会所在饭店电梯和走廊位置安排的太过对称,总使人走错方向。杨振宁接着一语双关,说也许只需要“对称破缺”。

“对称破缺”将导致对称的失衡,对称的关系不复存在,事物将进入一种新的依存和制约,因而会出现一种新的“图景”,迈上一种新的发展阶梯。

这个道理其实很简单,对称性反映不同物质形态在运动中的共性,而对称性的破坏才使得它们显示出各自的特性。世界上的事情同建筑和图案一样,只有对称而没有它的破坏,看上去虽然很规则,却显得单调和呆板,只有基本上对称而又不完全对称才构成美的建筑和图案。

大自然正是这样的建筑师。当大自然构造像DNA这样的大分子时,总是遵循复制的原则,将分子按照对称的螺旋结构联接在一起,而构成螺旋形结构的空间排列是全同的。但在复制过程中,对精确对称性的细微偏离就会在大分子单位的排列次序上产生新的可能性,从而使得那些更便于复制的样式更快地发展,形成了发育的过程。显然,对称性的破坏是事物不断发展演化,变得丰富多彩的动因。

社会的治与乱、稳定与失衡,同样是社会发展前进的根本原因,没有不断的否定甚至否定之否定,社会就会停滞;没有生产关系的变革,就不可能有生产力和经济的更大发展。人们的生活何尝不也是如此,守旧、一成不变、没有矛盾就不会有生活的多姿多彩,死水一潭是不会有生命的蓬勃与生动的。因此,生活既需要和谐、稳定,但一定不能“抱残守缺”,否定旧的是为了开创新的,对称的失衡是为了生动与多彩!