對稱通常是指圖形或物體對某個點、直線或平面而言,在大小、形狀和排列上具有壹壹對應的關系。在數學中,常把某些具有關聯或對立的概念也當做對稱。當美和對稱緊密相連時,“對稱美”便成了數學中的壹個重要組成部分。“對稱美”是壹個涉足很廣的話題,在藝術和自然兩方面都意義重大,而數學是它的根本形成依據。
對稱本身就是壹種和諧、壹種美。在豐富多彩的物質世界,對於各式各樣物體的外形,我們經常可以碰到完美勻稱的例子:螺旋對稱的植物,在旋轉到某壹個角度後,沿軸平移可以和自己的初始位置重合;樹葉沿莖稈呈螺旋狀排列,向四面八方伸展,不致彼此遮擋為生存所必需的陽光。它們引起人們的註意,令人賞心悅目。
每壹朵花,每壹只蝴蝶,每壹枚貝殼都使人著迷;蜂房的建築藝術,向日葵上種子的排列,以及植物莖上葉子的螺旋狀排列都令我們驚訝。仔細的觀察表明,對稱性蘊涵在上述各種事例之中,它從最簡單到最復雜的表現形式,是大自然的基礎形式之壹。
“對稱”在生物學上指生物體在對應的部位上有相同的構造,分兩側對稱(如蝴蝶),輻射對稱(放射蟲、太陽蟲等)。我國最早記載的雪花是六角星形的。其實,雪花形狀千奇百怪,但又萬變不離其宗(六角形),它既是中心對稱,又是軸對稱。
花朵具有旋轉對稱的特征。花朵繞花心旋轉至適當位置,每壹花瓣會占據它相鄰花瓣原來的位置,花朵就自相重合。旋轉時達到自相重合的最小角稱為元角。這些元角根據花的不同品種而呈現不同角度。例如梅花為72°,水仙花為60°。
很多植物是螺旋對稱的,即旋轉某壹個角度後,沿軸平移可以和自己的初始位置重合。樹葉沿莖稈呈螺旋狀排列,向四面八方伸展,不致彼此遮擋為生存所必需的陽光。這種有趣的現象叫葉序。向日葵的花序或者松球鱗片的螺線形排列是葉序的另壹種表現形式。
俄國學者費多洛夫說“晶體閃爍對稱的光輝”,難怪在童話故事中,奇妙的寶石總是交織著溫馨的幻境,精美絕倫,雍容華貴。在國王的王冠上,寶石也以其熠熠光彩向世人展現出經久不衰的魅力。
人具有獨壹無二的對稱美,所以人們往往又以是否符合“對稱性”來審視大自然,並且創造了許多具有美感的“對稱性”藝術品,例如服飾、雕塑和建築物。
我們說對稱性對於人而言,不僅僅是外在的美,也是健康和生存的需要。如果人只有壹只眼睛,那麽所看到的視野不僅會縮小,對目標距離的判斷不精確,而且對物體形狀的認知也會發生扭曲;如果壹只耳朵失聰,對聲源的定位就會不準確。那些靠聽覺在野外生存的動物,壹旦失去了聲源的定位能力,就意味著生命隨時會受到威脅。對於花朵,如果花冠的發育失去對稱性,雄蕊就會失去受粉能力,從而導致物種的絕滅。
亞裏士多德說:雖然數學沒有明顯地提到善和美,但善和美也不能和數學完全分離。因為美的主要形式就是秩序、勻稱和確定性,這些正是數學所研究的原則。
我們應該努力去發現對稱美,探索對稱美。就像壹位物理學家所說:如果壹個理論它是美的,那它壹定是個真理。
對稱美也給科學家們提供了無限想象的空間,利用對其的研究,他們可以進壹步認識生命活動的本質,發現更多存在於自然界的美。