Asymétrie - Asymmetry

Barrière coupe-feu asymétrique , exigée par la norme ASTM E119 pour être testée au feu des deux côtés. Le résultat le plus bas obtenu équivaut à la cote de résistance au feu globale du système afin de garantir que la barrière fonctionne également bien des deux côtés.

L'asymétrie est l'absence ou la violation de symétrie (la propriété d'un objet étant invariante à une transformation, telle que la réflexion). La symétrie est une propriété importante des systèmes physiques et abstraits et elle peut être affichée en termes précis ou en termes plus esthétiques. L'absence ou la violation de symétrie attendue ou souhaitée peut avoir des conséquences importantes pour un système.

Dans les organismes

En raison de la façon dont les cellules se divisent dans les organismes , l'asymétrie dans les organismes est assez courante dans au moins une dimension, la symétrie biologique étant également commune dans au moins une dimension.

Louis Pasteur a proposé que les molécules biologiques soient asymétriques parce que les forces cosmiques [c'est-à-dire physiques] qui président à leur formation sont elles-mêmes asymétriques. Alors qu'à son époque, et même maintenant, la symétrie des processus physiques est mise en évidence, on sait qu'il existe des asymétries physiques fondamentales, à commencer par le temps.

Asymétrie en biologie

L'asymétrie est un trait important et répandu, ayant évolué de nombreuses fois dans de nombreux organismes et à de nombreux niveaux d'organisation (allant des cellules individuelles, en passant par les organes, aux formes corporelles entières). Les avantages de l'asymétrie ont parfois à voir avec des arrangements spatiaux améliorés, tels que le poumon humain gauche étant plus petit et ayant un lobe de moins que le poumon droit pour faire de la place pour le cœur asymétrique . Dans d'autres exemples, la division des fonctions entre la moitié droite et la moitié gauche peut avoir été bénéfique et a conduit l'asymétrie à se renforcer. Une telle explication est généralement donnée pour la préférence de la main ou de la patte des mammifères ( Handedness ), une asymétrie dans le développement des compétences chez les mammifères. Entraîner les voies neuronales dans une compétence avec une main (ou une patte) peut demander moins d'effort que de faire la même chose avec les deux mains.

La nature fournit également plusieurs exemples de sensibilité dans des traits qui sont généralement symétriques. Voici des exemples d'animaux présentant des asymétries gauche-droite évidentes:

Crabe violoniste , Uca pugnax

• La plupart des escargots , en raison de la torsion au cours du développement, présentent une asymétrie remarquable dans la coquille et dans les organes internes.
• Les crabes violonistes ont une grosse griffe et une petite griffe.
• La défense du narval est une incisive gauche qui peut atteindre 10 pieds de longueur et forme une hélice gauche.
• Les poissons plats ont évolué pour nager avec un côté vers le haut et, par conséquent, ont les deux yeux d'un côté de la tête.
• Plusieurs espèces de hiboux présentent des asymétries dans la taille et le positionnement de leurs oreilles, ce qui est censé aider à localiser les proies.
• De nombreux animaux (allant des insectes aux mammifères) ont des organes génitaux mâles asymétriques . La cause évolutive derrière cela est, dans la plupart des cas, encore un mystère.

Comme indicateur d'inaptitude

• Certaines perturbations au cours du développement de l'organisme, entraînant des malformations congénitales .
• Blessures après division cellulaire qui ne peuvent pas être réparées biologiquement, comme un membre perdu à la suite d'un accident.

Étant donné que les anomalies congénitales et les blessures sont susceptibles d'indiquer une mauvaise santé de l'organisme, les anomalies entraînant une asymétrie désavantagent souvent l'animal lorsqu'il s'agit de trouver un partenaire. Par exemple, un plus grand degré de symétrie faciale est considéré comme plus attrayant chez les humains, en particulier dans le contexte de la sélection des partenaires. En général, il existe une corrélation entre la symétrie et les traits liés à la condition physique tels que le taux de croissance, la fécondité et la capacité de survie pour de nombreuses espèces. Cela signifie que, grâce à la sélection sexuelle , les individus avec une plus grande symétrie (et donc une meilleure forme physique) ont tendance à être préférés comme partenaires, car ils sont plus susceptibles de produire une progéniture en bonne santé.

Dans les structures

Les styles architecturaux pré-modernes avaient tendance à mettre l'accent sur la symétrie, sauf lorsque les conditions extrêmes du site ou les développements historiques s'éloignent de cet idéal classique. Au contraire, les architectes modernistes et postmodernes sont devenus beaucoup plus libres d'utiliser l'asymétrie comme élément de design.

Alors que la plupart des ponts utilisent une forme symétrique en raison de la simplicité intrinsèque de la conception, de l'analyse et de la fabrication et de l'utilisation économique des matériaux, un certain nombre de ponts modernes s'en sont délibérément écartés, soit en réponse à des considérations spécifiques au site, soit pour créer une déclaration de conception spectaculaire.

En protection incendie

Dans les assemblages muraux résistants au feu , utilisés dans la protection passive contre les incendies , y compris, mais sans s'y limiter, les pare-feu pour transformateurs haute tension , l'asymétrie est un aspect crucial de la conception. Lors de la conception d'une installation, il n'est pas toujours certain qu'en cas d' incendie , de quel côté un incendie peut provenir. Par conséquent, de nombreux codes du bâtiment et normes d'essais au feu soulignent qu'un assemblage symétrique ne doit être testé que d'un seul côté, car les deux côtés sont identiques. Cependant, dès qu'un assemblage est asymétrique, les deux côtés doivent être testés et le rapport d'essai est requis pour indiquer les résultats pour chaque côté. En pratique, le résultat le plus bas obtenu est celui qui apparaît dans les listes de certification . Ni le promoteur du test, ni le laboratoire ne peuvent se fonder sur une opinion ou une déduction quant à quel côté était le plus en danger à la suite des tests envisagés et ensuite tester un seul côté. Les deux doivent être testés afin d'être conformes aux normes d'essai et aux codes du bâtiment .

En mathématiques

Il n'y a pas de a et de b tels que a < b et b < a . Cette forme d'asymétrie est une relation asymétrique .

En chimie

Certaines molécules sont chirales ; c'est-à-dire qu'ils ne peuvent pas être superposés à leur image miroir. Les molécules chimiquement identiques avec une chiralité différente sont appelées énantiomères ; cette différence d'orientation peut conduire à des propriétés différentes dans la manière dont ils réagissent avec les systèmes biologiques.

En physique

L'asymétrie survient en physique dans un certain nombre de domaines différents.

Thermodynamique

La formulation non statistique originale de la thermodynamique était asymétrique dans le temps : elle affirmait que l' entropie dans un système fermé ne peut qu'augmenter avec le temps. Ceci a été dérivé de la deuxième loi (n'importe laquelle des deux, la déclaration de Clausius ou de Lord Kelvin peut être utilisée puisqu'elles sont équivalentes) et en utilisant le théorème de Clausius (voir Kerson Huang ISBN   978-0471815181 ). Cependant, la dernière théorie de la mécanique statistique est symétrique dans le temps. Bien qu'il déclare qu'un système nettement inférieur à l'entropie maximale est très susceptible d'évoluer vers une entropie plus élevée, il indique également qu'un tel système est très susceptible d'avoir évolué à partir d' une entropie plus élevée.

La physique des particules

La symétrie est l'un des outils les plus puissants de la physique des particules , car il est devenu évident que pratiquement toutes les lois de la nature proviennent de symétries. Les violations de symétrie présentent donc des énigmes théoriques et expérimentales qui conduisent à une compréhension plus profonde de la nature. Les asymétries dans les mesures expérimentales fournissent également des poignées puissantes qui sont souvent relativement exemptes d'incertitudes de fond ou systématiques.

Violation de parité

Jusque dans les années 1950, on croyait que la physique fondamentale était symétrique gauche-droite; c'est-à-dire que les interactions étaient invariantes sous la parité . Bien que la parité soit conservée dans l' électromagnétisme , les interactions fortes et la gravité , elle s'avère violée dans les interactions faibles . Le modèle standard incorpore la violation de parité en exprimant l'interaction faible comme une interaction de jauge chirale . Seuls les composants gauchers des particules et les composants droitiers des antiparticules participent aux interactions faibles dans le modèle standard. Une conséquence de la violation de la parité en physique des particules est que les neutrinos n'ont été observés que comme des particules de gauche (et les antineutrinos comme des particules de droite).

En 1956-1957, Chien-Shiung Wu , E. Ambler, RW Hayward, DD Hoppes et RP Hudson ont trouvé une violation claire de la conservation de la parité dans la désintégration bêta du cobalt-60. Simultanément, RL Garwin , Leon Lederman et R. Weinrich ont modifié une expérience de cyclotron existante et ont immédiatement vérifié la violation de parité.

Violation du CP

Après la découverte de la violation de la parité en 1956–57, on croyait que la symétrie combinée de la parité (P) et de la conjugaison de charge simultanée (C), appelée CP , était préservée. Par exemple, CP transforme un neutrino gaucher en un antineutrino droitier. En 1964, cependant, James Cronin et Val Fitch ont fourni des preuves claires que la symétrie CP a également été violée dans une expérience avec des kaons neutres .

La violation de CP est l'une des conditions nécessaires à la génération d'une asymétrie baryonique dans l'univers primitif.

La combinaison de la symétrie CP avec l' inversion simultanée du temps (T) produit une symétrie combinée appelée symétrie CPT . La symétrie CPT doit être préservée dans toute théorie des champs quantiques locaux invariants de Lorentz avec un hamiltonien hermitien . En 2006, aucune violation de la symétrie CPT n'a été observée.

Asymétrie baryonique de l'univers

Les baryons (c'est-à-dire les protons et les neutrons et les atomes qu'ils comprennent) observés jusqu'à présent dans l'univers sont majoritairement de la matière par opposition à l'antimatière . Cette asymétrie est appelée asymétrie baryonique de l'univers.

Violation d'isospin

Isospin est la transformation de symétrie des interactions faibles . Le concept a été introduit pour la première fois par Werner Heisenberg en physique nucléaire sur la base des observations que les masses du neutron et du proton sont presque identiques et que la force de l' interaction forte entre n'importe quelle paire de nucléons est la même, indépendamment du fait qu'ils soient ou non des protons. ou neutrons. Cette symétrie apparaît à un niveau plus fondamental comme une symétrie entre les quarks de type haut et de type bas . La symétrie isospin dans les interactions fortes peut être considérée comme un sous-ensemble d'un plus grand groupe de symétrie de saveur , dans lequel les interactions fortes sont invariantes lors de l'échange de différents types de quarks. L'inclusion du quark étrange dans ce schéma donne lieu au schéma Eightfold Way pour classer les mésons et les baryons.

Isospin est violé par le fait que les masses des quarks haut et bas sont différentes, ainsi que par leurs différentes charges électriques. Comme cette violation n'est qu'un petit effet dans la plupart des processus qui impliquent des interactions fortes, la symétrie isospin reste un outil de calcul utile, et sa violation introduit des corrections aux résultats isospin-symétriques.

Dans les expériences de collisionneur

Parce que les interactions faibles violent la parité, les processus de collisionneur qui peuvent impliquer les interactions faibles présentent généralement des asymétries dans les distributions des particules à l'état final. Ces asymétries sont généralement sensibles à la différence d'interaction entre les particules et les antiparticules, ou entre les particules de gauche et de droite. Ils peuvent ainsi être utilisés comme mesure sensible des différences d'intensité d'interaction et / ou pour distinguer un petit signal asymétrique d'un fond large mais symétrique.

• Une asymétrie avant-arrière est définie comme A _FB = (N _F -N _B ) / (N _F + N _B ), où N _F est le nombre d'événements dans lesquels une particule particulière de l'état final se déplace "vers l'avant" par rapport à une direction choisie (par exemple, un électron à l'état final se déplaçant dans la même direction que le faisceau d'électrons à l'état initial dans les collisions électron-positon), tandis que N _B est le nombre d'événements avec la particule à l'état final se déplaçant «vers l'arrière». Les asymétries avant-arrière ont été utilisées par les expériences du LEP pour mesurer la différence dans la force d'interaction du boson Z entre les fermions gauchers et droitiers, ce qui fournit une mesure de précision de l' angle de mélange faible .
• Une asymétrie gauche-droite est définie comme A _LR = (N _L -N _R ) / (N _L + N _R ), où N _L est le nombre d'événements dans lesquels une particule d'état initial ou final est polarisée à gauche, tandis que N _R est le nombre correspondant d'événements polarisés à droite. Les asymétries gauche-droite dans la production et la désintégration du boson Z ont été mesurées au collisionneur linéaire de Stanford en utilisant les taux d'événements obtenus avec des faisceaux d'électrons initiaux polarisés à gauche et polarisés à droite. Les asymétries gauche-droite peuvent également être définies comme des asymétries dans la polarisation des particules à l'état final dont les polarisations peuvent être mesurées; par exemple, leptons tau .
• Une asymétrie de charge ou une asymétrie particule-antiparticule est définie de manière similaire. Ce type d'asymétrie a été utilisé pour contraindre les fonctions de distribution de partons des protons au Tevatron à partir d'événements dans lesquels un boson W produit se désintègre en un lepton chargé. L'asymétrie entre leptons chargés positivement et négativement en fonction de la direction du boson W par rapport au faisceau de protons fournit des informations sur les distributions relatives des quarks up et down dans le proton. Les asymétries particules-antiparticules sont également utilisées pour extraire les mesures de la violation de CP à partir de la production de méson B et de méson anti-B lors des expériences BaBar et Belle .

Lexical

L'asymétrie est également pertinente pour la grammaire et la linguistique , en particulier dans les contextes de l'analyse lexicale et de la grammaire transformationnelle .

Exemple d'énumération: en anglais , il existe des règles grammaticales pour spécifier des éléments de coordonnées dans une énumération ou une série. Des règles similaires existent pour les langages de programmation et la notation mathématique . Ces règles varient et certaines exigent que l'asymétrie lexicale soit considérée comme grammaticalement correcte.

Par exemple, en anglais écrit standard:

   We sell domesticated cats, dogs, and goldfish.        ### in-line asymmetric and grammatical
   We sell domesticated animals (cats, dogs, goldfish).  ### in-line symmetric and grammatical
   We sell domesticated animals (cats, dogs, goldfish,). ### in-line symmetric and ungrammatical
   We sell domesticated animals:                         ### outline symmetric and grammatical
     - cats
     - dogs
     - goldfish

Voir également

• Asymétrie de l'information
• Multitraitement asymétrique

Les références

Lectures complémentaires

• Gardner, Martin (1990), The New Ambidextre Universe: Symmetry and Asymmetry from Mirror Reflections to Superstrings, 3e édition , WHFreeman & Co Ltd.
• Jan, Yuh-Nung; Yeh Jan, Lily (1999). "Asymétrie entre les espèces". Biologie cellulaire de la nature . 1 (2): E42 à E44. doi : 10,1038 / 10036 . PMID   10559895 . S2CID   9399564 .