Samoorganizácia hmoty je možná až po narušení symetrie

Nositeľ Nobelovej ceny za fyziku Werner Heisenberg: „Symetrie sú obrazom najvznešenejšej krásy kozmu – ale len ich porušovaním môže kozmos evolvovať.“ Bol prvý, kto vypracoval matematiku kvantovej mechaniky.

Symetria každého dynamického systému je podmienená jeho vnútornou rovnováhou (fyzika tu hovorí o termodynamickej rovnováhe) a určitou teplotou.

Symetrie sú neraz veľmi zjavné a už na prvý pohľad  viditeľné. V takých prípadoch ale ide takmer vždy o symetrie jednoduché.

Veľmi často sú ale symetrie natoľko komplikované a doslova neviditeľné – predovšetkým v atómovej fyzike a vo fyzike častíc – že pre laika sú nepochopiteľné a úplne abstraktné.

Keďže každá symetria sa s klesajúcou teplotou rozpadne (pritom každá pri inej hodnote teploty), tak bol postupný vývoj kozmu v princípe len istou postupnosťou rozpadu symetrií. Tu si treba uvedomiť, že kozmos bol v prvej sekunde svojho vzniku nepredstaviteľne horúci a absolútne symetrický. Ale postupnými rozpadmi svojich symetrií za súčasneho sústavného klesania jeho teploty sa menil a vyvíjal.

O symetrii nejakého systému alebo objektu možno hovoriť vtedy, ak sa  nejaká charakteristická vlastnosť systému/objektu nezmení ani potom, keď sa systém/objekt  z nejakého dôvodu zásadne zmení.

Najjednoduchšie symetrie sú symetrie jednoduchých geometrických útvarov. Napr. štvorec ostane symetrický aj keď ho pootočíme o 90 alebo o 180 stupňov. Najvyššiu symetriu z plochých geometrických útvarov má kruh.

Môžeme ho otáčať okolo jeho stredu o ľubovoľný počet stupňov, vždy si zachová svoju symetriu.

Fyzici sú si istí, že sily existujú len preto, aby prinútili prírodu vytvárať rôzne abstraktné (skryté) symetrie.

Najjednoduchší prípad samoorganizácie hmoty – čiže porušenia symetrie – aký fyzika pozná, je tzv. fázový prechod. Najznámejší je ten, keď sa premieňa tekutina na pevnú látku alebo na plyn. Keď kondenzuje vodná para, alebo keď sa z vody stáva ľad, tak sa rozpadáva pôvodná symetria (fyzika tu hovorí aj o zlomení symetrie) a tým môže vzniknúť nová štruktúra.

Existuje ale mnoho príkladov pre fázové prechody. Napr. železný magnet nemá pri vysokej teplote nijaký trvalý magnetizmus. To sa však s klesajúcou teplotou rýchlo zmení a pri istej kritickej hodnote sa magnetizmus dostaví a je trvalý. Pôvodná symetria sa  stratila a prišlo k spontánnej samoorganizácii hmoty vo vnútri magnetu, čím získal novú vlastnosť – magnetizmus.

Podobný fenomén možno pozorovať aj pri určitých materiáloch v súvislosti s ich elektrickou vodivosťou. Keď ich ochladzujeme na teplotu blízku nule, tak odrazu stratia celkom svoj elektrický odpor a stanú sa supravodivými. To je v elektrotechnike obrovská prednosť. Aj tu sa stará symetria zlomila a hmota sa samoorganizáciou preorientovala do nového usporiadania a našla si nový stabilný stav.

Renomovaný belgický vedec Ilya Prigogine je presvedčený, že hmota má vlastnosť v istých podmienkach reagovať spontánne a nepredvídane a v dôslednku toho je schopná vytvárať nové štruktúry. Prigogine si je istý tým, že v hmote je čosi, čo možno nazvať istým druhom „vlastnej vôle“.

Podľa Prigogina to potom v kozme vyzerá tak, že jeho hmota a energia majú možnosť si vyberať:

Buď idú cestou vytvárania jednoduchých statických foriem substancií, ako ich opisuje newtonovská fyzika, kde je všetko ľahko predpovedateľné.

Alebo idú inou cestou, kde vládne relativistická a kvantová fyzika, kde sa hmota a energia môžu správať úplne nepredvídateľne a kde vznikajú nesmierne komplexné štruktúry ako planéty, slnká,atmosféra, primáty, čierne diery, atď.