Принципы дополнительности, суперпозиции, относительности, симметрии

Барионный или ядерный заряд остается постоянным.

Лептонный заряд сохраняется.

Теория взаимодействия элементарных частиц развивается успешно. Начало этому было положено принципами симметрии.

Два с половиной тысячелетия назад жил знаменитый греческий философ и математик Пифагор, имя которого обычно ассоциируется со знаменитой теоремой. Но заслуги Пифагора и его учеников уходят далеко за рамки геометрии. Пифагорейская школа впервые, и не безуспешно, начала изучать связь природы и математики и, несмотря на ряд ошибок и увлечение "мистикой чисел", пифагорейцы, по существу, заложили основы математического естествознания.

Пифагор родился в 570 до н.э. на острове Самос, вблизи побережья Малой Азии. Первоначальное образование он получил от отца-ювелира, профессия которого в те времена считалась весьма интеллектуальной, и многообразие интересов Пифагора, вероятно, порождено многосторонностью знаний его отца.

Когда мальчику исполнилось 13 лет, он отправился Египет, где познакомился с медициной, математикой и метеорологией. Во время войны Египта с Персией Пифагор попал в плен и был отвезен в Вавилон, где познакомился с восточной философией и магией, нашедшей в дальнейшем отражение в его мировоззрении. В 540 до н.э. Пифагор основал свою школу - союз единомышленников, поклявшихся сохранить тайны пифагорейского учения.

Пифагор был первым, кто обратил внимание на особое, "гармоническое" деление любого отрезка, названное впоследствии золотым сечением.

Пифагор и его последователи, образовавшие пифагорейский союз, считали, что в основе всего сущего лежат числа. Каждой вещи, по их мнению, соответствует определенное соответствие чисел, которые назывались ЛОГОС. Так, например, 2 - женское начало, 3 - мужское начало, 5 - единство мужского и женского начал - почиталось ими как священное. Пятиугольник - священная фигура, символ жизни и гармонии. Пятиугольная звезда - знак принадлежности к пифагорейскому союзу. У человека есть 5 пальцев, 10 пальцев на двух руках,20 пальцев на четырех конечностях. Пять выдающихся частей человека: четыре конечности и голова, поэтому он может быть вписан в пентаграмму, т.е. звезду.

Пифагор и пифагорейцы использовали пять правильных тел - многогранников, обладающих совершенной симметрией и получивших впоследствии название "платоновские тела", так как в "Тимее" Платон стихию земли отождествлял с кубом, стихию воздуха - с октаэдром, стихию огня - с тетраэдром, стихию воды - с икосаэдром, а стихию Вселенной, космоса - с додекаэдром. Евклид в III в. до н.э. использует вслед за пифагорейцами в своих "Началах" правильные золотые пятиугольники, диагонали которых образуют пентаграмму.

Пять правильных тел - куб, тетраэдр, октаэдр, икосаэдр и додекаэдр - считались у древних греков элементарными "кирпичиками", из которых устроен материальный мир.

Кристаллы довольно часто имеют форму первых трех правильных тел, но последние два никогда не встречаются в природе. Возможно, эти правильные тела были открыты при исследовании свойств симметрии куба, октаэдра и тетраэдра. Икосаэдр находится в таком же отношении к додекаэдру, в каком октаэдр находится к кубу. Поэтому построение правильного икосаэдра является логическим следствием существования додекаэдра.

Пифагорейцы видели основание всех вещей в тех числах и фигурах, законы которых они исследовали посредством математики. Греческий мыслитель Аристотель повествует о них: "Прежде всего они изучали математику и, вполне проникшись ею, принимали ее за начало всех вещей. А так как в математике на первом месте стоят числа, они усматривали в них много сходства с вещами и со всем становящимся, и в числах больше, нежели в огне, воде, воздухе, земле, то одно свойство числа имело для них значение справедливости, другое - души и духа, еще одно - времени и так далее для всего остального. Затем они находили в числах свойства и отношения гармонии, и таким образом все остальное казалось им по своей природе отражением чисел, а эти последние - первыми в природе". Пифагореец говорил себе: "Чувства показывают человеку чувственные явления, но они не показывают того гармонического порядка, которому следуют вещи".

Число у пифагорейцев связано не только с объемом, но и с субъектом. Оно может быть понято как тело, которое определяется в некоторых числовых характеристиках. Мир есть число, все в мире есть число. Но они выделяли не только числовую характеристику мира. Важнейшей категорией, сопряженной с числом у пифагорейцев, была гармония, на что специально обращал внимание Аристотель.

Число утвердилось в качестве центрального принципа в культуре Востока, в частности Китая, который всегда именовался государством ритуала, построенного на числовых соответствиях.

Одним из наиболее ярких проявлений гармонии в природе является закон пропорциональной связи целого и составляющих его частей, получивший название "золотое сечение". Золотое сечение - это деление целого на две неравные части так, чтобы большая часть относилась к меньшей, как целое к большей части.

Пифагор был первым, кто обратил внимание на это особое, "гармоническое" деление любого отрезка, названное впоследствии золотым сечением. В 1509 г., т.е. примерно через две тысячи лет после Пифагора, итальянец Лука Пачоли (1445-1509) опубликовал книгу "О божественной пропорции", рисунки к которой выполнил знаменитый друг Пачоли Леонардо да Винчи, кому и принадлежит сам термин "золотое сечение".

Классический пример золотого сечения, дающий представление о нем, - это деление отрезка в среднепропорциональном отношении:

Приближенные корни этого уравнения - числа Ф = 1,61803398875 и - Ф^-1 = - 0,61803398875, которые не менее замечательны, чем числа л и е. О них после Пифагора писали Платон, Поликлет, Евклид, Витрувий и многие другие. Золотым сечением кроме Леонардо да Винчи интересовались многие художники, скульпторы, архитекторы, многие деятели науки и искусства. Вызвано это тем, что везде, где появляется число Ф, живые формы и произведения искусства приятны для глаз, отличаются явной гармонией и красотой.

Для построения правильных симметричных многогранников: куба, октаэдра, тетраэдра, икосаэдра, додекаэдра нужно использовать золотую пропорцию, так как диагонали их образуют пентаграмму. Золотое сечение связано с пространственным отношением природных объектов, человека, архитектурных сооружений, музыкальной гармонии, в геометрических фигурах, имеющих ось пятого порядка, - их имеют многие цветы, морские звезды, ежи, вирусы.

У человека золотое сечение - это отношение его роста к расстоянию от пупка до подошв ног: при рождении оно равно 2, а к 21 годам - 1,625, у женщин - 1,6. Многие женщины интуитивно пытаются приблизить это отношение к золотой пропорции, надевая туфли на каблуках.

Золотое сечение владело умами многих ученых и выдающихся мыслителей прошлого, продолжает волновать и сейчас - не ради математических свойств, а потому, что оно неотделимо от целостности объектов искусства и в то же время обнаруживает себя как признак структурного единства объектов природы.

В 1202 г. вышла в свет "Книга абака" (о счетной доске) - труд итальянского математика Леонардо Пизанского, известного больше как Фибоначчи. В ней он решал задачу о кроликах: сколько пар кроликов родится от одной пары кроликов, если каждая пара в месяц дает новую пару, которая со второго месяца тоже становится производителем, и кролики не дохнут? Он получил последовательность, названную в дальнейшем числами Фибоначчи. Ряд чисел Фибоначчи строится таким образом, что каждое последующее число равно сумме двух предыдущих: 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, 377 и т.д. Примеры ритмических вариантов золотого сечения: 1, 3, 4, 7, 11, 18, 29, 47, 76, 123 и т.д.; 1, 4, 5, 9, 14, 23, 37, 60, 97, 157, 254...

И. Кеплер (1571-1630) обнаружил этот ряд при построении модели Солнечной системы. Каждый член ряда чисел Фибоначчи является одновременно аддитивным и мультипликативным, т.е. одновременно причастен к природе арифметического ряда и геометрической прогрессии. Связь аддитивного (сложение) и мультипликативного (умножение) принципов постоянно находится в центре внимания исследователей золотого сечения. Из него видно, что тождество противоположностей есть сущность золотого сечения и в этом его гармонический смысл, его природа.

Ботаниками было обнаружено, что применяемая в ботанике для описания расположения листьев на побеге последовательность дробей 1/2, 1/3, 2/5, 3/8, 5/13, 8/21, 13/34, 21/55, 34/89 составлена из чисел ряда Фибоначчи (1/1, 1/2, 2/3, 3/5, 5/8, 8/13, 13/21, 21/34, 34/55, 55/89, 89/144 и т.д.) и так же содержит золотое сечение и означает последовательность видов винтовых осей симметрии. Числитель и знаменатель каждой дроби, начиная с третьей, равны соответственно сумме числителей и знаменателей двух предыдущих дробей. Если присмотреться к деревьям, то можно заметить, что между двумя парами листьев третий находится в точке золотого сечения. В системах типа головок подсолнечника можно заметить два семейства спиралей, раскручивающихся в противоположные стороны и пересекающихся под углами, близкими к прямым. Эти спирали получили название "контактные парастихи". Спирали одного семейства короче и малочисленнее, чем спирали другого семейства. Контактные парастихи также характеризуют, задавая дроби, в числителе которых стоит число данных парастих, а в знаменателе - общее число парастих. У большинства подсолнечников имеется 34 коротких и 55 длинных парастих, идущих в противоположных направлениях. Этой системе парастих соответствует дробь 55/89. Контактным парастихам, встречающимся у растений других видов, можно сопоставить дроби, образующие последовательность типа чисел Фибоначчи: 2/3, 3/5, 5/8, 8/13, 13/21, 21/34, 34/55, 55/89 и т.д.

Если же разделить последующее число на предыдущее, то мы снова получим корни золотой пропорции, например, 144: 89 = 1,6179775, и тем точнее будет этот результат совпадать с корнями золотой пропорции, чем дальше отстоят члены ряда от начала.

Ученые-экспериментаторы прошлого века, изучавшие расположение цветов, обнаружили в упакованных по логарифмическим спиралям семенах подсолнечника и ромашки, в чешуйках и плодах ананаса и хвойных шишках золотое сечение.

Главным пунктом своего учения Пифагор считал понятие "всемирной симпатии", т.е. гармонии всего существующего. Он одним из первых использовал термин "космос" (от греч. cosmeo - украшаю), т.е. упорядоченный, гармоничный мир, противопоставляя его хаосу, беспорядочному началу бытия, с которого, по мнению греков, и началось созидание богами Мироздания.

Именно поэтому Пифагор и пифагорейцы всюду и во всем искали лад, порядок, начиная с музыки и кончая движением небесных светил. Все явления природы они оценивали с позиций, что "принципы математики являются принципами всего сущего". Учение Пифагора до сих пор служит источником плодотворных идей в естествознании.

Пифагорейцы считали, что небесные светила расположены на концентрических сферах, имеющих своим общим центром Землю. Расстояния между сферами соответствует определенным музыкальным интервалам. При вращении сфер каждая из них издает свой тон, и в результате сложения тонов получается гармоническая мелодия - "музыка небесных сфер", услышать которую могут только избранные.

Пулковский астроном К.Н. Бутусов в серии обстоятельных работ решил проверить, в чем правы и в чем ошибались пифагорейцы. Оказалось, что соотношение периодов соседних планет равно числу Ф или Ф2. Частоты обращения планет и разности частот обращений образуют спектр с интервалом, равным числу Ф, т.е. спектр, построенный на основе золотого сечения. Расположение перигелиев и афелиев планет по логарифмическим спиралям также связано с гармоническим числом Ф.

Не воспринимаемая нашим ухом "музыка небесных сфер" таит в себе глубокий физический смысл. Когда формировалась Солнечная система, в газопылевом облаке, окружающем Солнце, возникали акустические волны, создаваемые Солнцем и зарождающимися планетами. Для устойчивости планетных орбит должны выполняться условия стационарности, которые осуществляются при резонансе акустических - волн с периодом, равном периоду обращения планеты. Почему же число Ф так распространено в Солнечной системе? Эту загадку еще предстоит решить будущему, а прикладные исследования золотого сечения для описания форм планет, их орбит, спиральных галактик очень плодотворны.

Золотое сечение - это явление, обнаруживаемое в искусстве и уходящее корнями глубоко в природу. Пифагорейцы считали золотое сечение одним из главных центров своего учения о числовой гармонии мира. Греки обнаружили именно эту пропорцию в хорошо сложенном человеческом теле. Она радует глаз, будучи воплощенной в скульптуре и архитектурных ансамблях.

В эпоху Возрождения золотое сечение становится главным эстетическим принципом. Леонардо да Винчи, Рафаэль, Микеланджело, Тициан и другие художники этой эпохи используют его в композициях своих полотен.

В музыке также есть следы вездесущего золотого сечения. Если длину струны уменьшить вдвое, тон повысится на одну октаву. Уменьшению длины струны в отношении 3/2 и 4/3 будут соответствовать интервалы квинта и кварта. Благозвучные интервалы и аккорды имеют соотношение частот, близкое к числу Ф. Кульминация мелодии часто приходится на точку золотого сечения ее общей продолжительности.

Современные музыковеды выявили золотое сечение в произведениях Баха, Бетховена, Шопена. Ими было проанализировано множество музыкальных произведений от Баха до Шостаковича. Приблизительно 85% проведенных исследований соответствует золотому сечению. В выдающихся произведениях отношения метрических масштабов основных разделов музыкальной формы соответствуют золотому сечению с точностью до пятого или шестого знака. Кроме произведений крупной формы анализировались и миниатюры, например, прелюдии Скрябина, миниатюры Прокофьева, русские народные песни. Законы гармонии, законы золотого сечения были обнаружены и в этих произведениях.

На протяжении столетий звон колокола извещал людей об опасности, будил по утрам, указывал, когда наступило время отправляться на работу, садиться за трапезу и т.д. Колокольни - необходимая часть английского пейзажа. В континентальной Европе звонили сразу в несколько колоколов. Тот, кто правил колоколом, правил городом. Колокольному звону придавалось важное значение. Искусству колокольного звона мы обязаны не только мелодичным звучанием колоколов, но и обширной, детально разработанной терминологией, позволяющей звонарям обмениваться краткими и точными репликами во время исполнения переборов с вариациями.

Чтобы перезвонить все возможные вариации из восьми колоколов, потребовалось бы двадцать четыре часа. На семи колоколах все мыслимые ударные комбинации можно перезвонить за три с половиной часа.

Малый простой звон:

3 12546 32 1456 234 165 2436 1 5 42635 1 46253 1 6452 1 3 6 54 123 56 1432 5 16342 153624 135264

123456

14365 24 1635 426 153 4625 13 64523 1 65432 1 5634 12 536 142

5 16 2 4 3 15264 132546

123456 312546

214365 321456

241635 234 165

426 153 2436 1 5

462513 426351

64523 1 46253 1

65432 1 6452 1 3

563412 6 54 123

536142 561432

351624 516342

315264 153624

132546 135264

Звонарю, управляющемуся со своей веревкой и не отрывающему глаз от веревок, ведущих к колоколам, которые должны пробить раньше или позже, приходится использовать симметрию: если звонарь остановит колокол слишком рано, то свободный конец веревки будет путаться под ногами и при обратном качании колокол не будет подниматься достаточно высоко. Если же звонарь потянет за веревку слишком сильно, то колокол может проскочить верхнюю точку и звонарь взлетит под потолок. Каким образом не искушенный в математике звонарь ощущает разницу между перестановками колоколов, остается загадкой, но именно это имеет решающее значение и в исполнении и в композиции звонов, древней и вечно живой разновидности искусства, радующих слух и восхищающих разум.

Гармония - это закон единства, она не может быть сведена к чистому количеству. Не случайно древние переносили законы музыкальной гармонии на всю Вселенную. Музыка, как и все искусство, выражает гармонию, но не количество, а качество, сущность, красоту, поэтому акценты следует перенести на описание качества.

Понимание гармонии как связи частей в целое исходит от искусства, а сама проблема гармонии возникла при сопоставлении законов восприятия с важнейшими фактами в искусстве, и особенно в музыке. Любое число можно преобразовать в любой далекий диапазон. Но перенос числа на семь октав имеет фундаментальный смысл, так как выражает границы качественной определенности чисел. В музыке семь октав: расстояние от самого нижнего звука до самого верхнего как раз равно семи октавам. Звуки ниже или выше наш слух уже не различает как качественно разные звуки. Но границы качественной определенности чисел связаны не только с семью октавами, а, по-видимому, вообще с числом семь: 7 звуков в гамме, 7 цветов в солнечном спектре, через 7 дней меняются фазы Луны, 7 дней в неделе, "7 дырок в голове" и т.д. Научный подвиг Д. Менделеева заключается в открытии им периодического закона, на основании которого он составил таблицу, названную впоследствии его именем и имеющую 7 периодов.

О роли числа 7 в Библии нет нужды говорить: это и 7 дней сотворения мира, 7 ангелов, 7 печатей, 7 светильников, 7 церквей и т.д. Можно предположить, что под числом 7 древние философы подразумевали некий высший принцип Бытия. В китайской системе счета четыре семерки распределялись между четырьмя Гениями, господствующими над четырьмя сторонами света.

Проанализировав бетховенскую "Апассионату", совершенство форм которой не вызывает сомнений, по количеству тактов в экспозиции, разбиению, репризе, ученые нашли там золотую пропорцию. Когда этот факт был обнаружен, он произвел впечатление "чуда", так как чем талантливее художник, тем точнее и разнообразнее работают числа. Потом золотая пропорция была выявлена в фортепьянной сонате № 4 Прокофьева.

Из всех искусств только музыка поддается точному численному анализу, поэтому она стала превосходным чувственным материалом, конкретным кодом, в котором зашифрованы законы гармонии мира. Все познание фактически представляет собой расшифровку труднейшего и сложнейшего кода и перевода его на язык науки. При этом можно с уверенностью сказать, что установленные законы лишь слегка приоткрывают занавес, за которым разворачивается целый океан событий, совершенно не познанных.

Феномен золотого сечения - одно из ярких, давно уже замеченных человеком проявлений гармонии природы. Он рассматривается в общей картине исторического становления архитектуры, обнаруживается в формах живой природы, в области музыкальной гармонии. Он рассматривается также и как объективная характеристика искусства и как явление в области восприятия. Сегодня мы не можем с абсолютной достоверностью определить, когда и кем понятие золотого сечения было выделено в человеческом знании из интуитивной и опытной категории. В эпоху Ренессанса среднепропорциональное отношение именовали "божественной пропорцией". Леонардо да Винчи дает ему имя "золотое сечение", которое живет и поныне.

Уже в наши дни физиологи обнаружили, что волны электрической активности мозга также характеризуются золотым сечением. И, наконец, совсем недавно выдвинута идея-гипотеза, что золотое сечение является основой существования любых самоорганизующихся систем.

Правило золотого сечения показывает, что большее относится к меньшему, как целое относится к большему. Если большее - это человечество, а меньшее - окружающая его природа, то по тому, как человечество относится к тому, что ему по силам, что оно может изменить, так и весь Космос, вся Вселенная относится к человечеству (как целое - к большему). Человечество на протяжении всей своей истории действует в корыстных интересах, перемалывая и переламывая, превращая в мусорную свалку все вокруг себя. Так же к человечеству будет относиться и Космос и Вселенная (подробно о проблемах экологии см. ТЕМУ 18).

О золотом сечении написано много трактатов. В последнее время оно все больше привлекает внимание ученых: используется в технике, архитектуре, обнаруживается в ритмах мозга, астрономии. Доказаны фундаментальность и его исключительность.

За всем этим многообразием достаточно четко видно отражение особенностей самого общего явления, которому подвергается все телесное в мире, начиная от элементарных частиц и кончая галактиками, - это движение. Гармония может быть расшифрована на ее собственном языке, отображенном фундаментальными принципами естествознания.

Интуиция - нередко источник плодотворной научной гипотезы. Современная астрономия поднимает значение человека. Человек - это не пылинка бессмысленно движущегося существа, а микрокосмос, т.е. явление, связанное с мирозданием. Между микрокосмосом - человеком - и космосом пропасть начинает исчезать. Наблюдая спектры звезд, галактик, близких и удаленных на миллиарды световых лет, радиоастрономы обнаружили, что наша Вселенная однородна не только тем, что вещество в ней распределено в среднем равномерно, но и тем, что возникла она сразу, одновременно и как одно целое из одной точки начала, так же, как приходит в жизнь человек.

Итак, современная космология сделала решительный шаг к космоцентризму, убедительно показав, что весь строительный материал мироздания, представляющий космическое пространство, был стянут в точку начала. Закон его становления был заключен в этой точке. Так возникает все живое, любой живой объект бытия. Других видов жизни природа пока не знает. Все живое имеет своим началом сгусток материи. Существование точки начала становления объекта бытия - такова причина целостности, потому что природа не знает неструктурных единиц. Вне связи частей в целое структуры не представимы. Закон связи частей в целое - закон гармонии - и есть закон развития свернутой точки начала. И он один.

Высокая эстетичность золотого сечения заключается в том, что в нем отражается воспринимаемая на образно-эмоциональном уровне основа бытия телесного составляющего целостной Природы.

Список использованных источников