揭密:自然为什么是对称的?(2)

外尔有一句话特别值得注意:“虽然阿拉伯人对数字5进行了长期的摸索,但是他们当然不能在任何一个 有双重无限关联的装饰设计中,真正嵌入一个五重中心对称的图案。

然而,他们尝试了各种容易让人上当的折衷方案。我们可以这样说,他们通过实践证明了在饰物中 使用五边形是不可能的。”(pp.102-103)这一论述非常关键,阿拉伯装饰艺术的确时常费力地尝试使 用五次旋转对称。

连续装饰图案中嵌入五次对称图元的麻烦之处在于,五次对称要涉及黄金分割,安排下一个五边形 ,则周围需要作复杂的调整,这要比安排三角形、四边形和六边形的情况复杂得多。

《对称》还用相当篇幅讲晶体点阵的对称性,我当年学过结晶学和矿物学,知道这是相当复杂的事情, 现依稀记得32种单形和230种空间群的数字,具体内容已经想不清楚了。

外尔的处理当然并非想具体展示各种可能的晶格对称性,书中讨论得相当简略,这也给普通诸者阅 读造成了困难。要想真正搞明白230种空间群,还真要读地质学的图书《结晶学与矿物学》。

无论对于科学还是对于艺术,对称性都涉及不同的方面和不同的层次。不同方面指对称的多样性: 平移对称(连续装饰花纹、花布)、旋转对称(穹窿、五角星、伞、晶体)、左右对称性(建筑立面、 人体)及联合操作对称性(埃舍尔的《骑士图》,类似CP操作)。

不同方面还涉及局部与整体的关系,对称性有长程整体对称(如晶体),也有局部短程对称(如准晶、 凯尔特装饰艺术),这些在科学与艺术作品中都有许多实例。

雪花图案的对称

雪花图案的对称

不同层次指对称性依赖于物质层次或者观念层次,在不同的层次上对称性可以很不相同,以人体为 例,外表是左右对称的,但内脏则不是,心脏通常靠近左侧,肾等还是对称的。

凯尔特艺术(Celticart)有很强的规则性,可以明显地发现少数基本结构在不同的层次上重复出现 ,不同层次的对称性与对称性破缺相互照应,细节丰富、层次分明,给予人以较强的装饰效果。

可以肯定地说,凯尔特艺术有意识地利用了伸缩变换不变性,即标度变换下的不变性,也就是自相似 对称性。特别有趣的是,在分形科学与艺术中,能够观察到各种对称性,既有不同方面的也有不同层次 的,通过复函数计算机迭代,非常容易地展示这些对称性。

看完了这些,你是否会赞同作者的观点呢?确实,对于我们自身来说,如果身体左右不对称,就会不平衡。可以说这是自然界的优胜劣汰结果。