10 bellissimi esempi di simmetria in natura

Per secoli, la simmetria è rimasta un argomento affascinato da filosofi, astronomi, matematici, artisti, architetti e fisici. Gli antichi greci ne erano completamente ossessionati, e anche oggi tendiamo a schierarci con simmetria in ogni cosa, dalla pianificazione della disposizione dei mobili allo styling dei capelli.

Nessuno è sicuro del perché sia ​​una proprietà così presente, o perché la matematica dietro di esso sembra permeare tutto ciò che ci circonda, ma i dieci esempi seguenti dimostrano che è sicuramente lì.

Basta essere avvisati: una volta che ne sei a conoscenza, probabilmente avrai una voglia irrefrenabile di cercare la simmetria in tutto ciò che vedi.

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Broccoli Romanesco

Potresti essere passato da romanesco broccoli nel negozio di alimentari e presumo, a causa del suo aspetto insolito, che si trattasse di un tipo di cibo geneticamente modificato. Ma in realtà è solo uno dei tanti esempi di simmetria frattale in natura, anche se impressionante.

Nella geometria, un frattale è un modello complesso in cui ogni parte di una cosa ha lo stesso schema geometrico del tutto. Quindi con i broccoli romanseco, ogni fiore presenta la stessa spirale logaritmica dell'intera testa (solo miniaturizzata). In sostanza, l'intera verdura è una grande spirale composta da gemme più piccole, a forma di cono, anch'esse a mini spirali.

Per inciso, romanesco è legato sia a broccoli che a cavolfiori; anche se il suo sapore e la sua consistenza sono più simili al cavolfiore. È anche ricco di carotenoidi e vitamine C e K, il che significa che rende sia un'aggiunta sana e matematicamente bella ai nostri pasti.

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Favo

Non solo i produttori di miele stellari delle api sembrano avere anche un talento per la geometria. Per migliaia di anni, gli umani si sono meravigliati delle perfette figure esagonali nei favi e si sono chiesti come le api possano creare istintivamente una forma che gli umani possono riprodurre solo con un righello e una bussola. Il nido d'ape è un caso di simmetria della carta da parati, in cui un motivo ripetuto copre un piano (ad esempio un pavimento piastrellato o un mosaico).

Come e perché le api hanno un desiderio per gli esagoni? Bene, i matematici credono che sia la forma perfetta per permettere alle api di conservare la maggior quantità possibile di miele mentre si utilizza la minor quantità di cera. Altre forme, come i cerchi, ad esempio, lasciano uno spazio tra le celle poiché non si adattano esattamente.

Altri osservatori, che hanno meno fiducia nell'ingegnosità delle api, pensano che gli esagoni si formino per "incidente". In altre parole, le api fanno semplicemente delle cellule circolari e la cera collassa naturalmente nella forma di un esagono. In ogni caso, è tutto un prodotto della natura, ed è davvero impressionante.

8

Girasoli

I girasoli vantano una simmetria radiale e un interessante tipo di simmetria numerica nota come sequenza di Fibonacci. La sequenza di Fibonacci è 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 24, 55, 89, 144 e così via (ogni numero è determinato sommando i due numeri precedenti).

Se prendessimo il tempo di contare il numero di spirali seme in un girasole, troveremmo che la quantità di spirali si aggiunge a un numero di Fibonacci. In effetti, un gran numero di piante (compresi i broccoli romanesco) produce petali, foglie e semi nella sequenza di Fibonacci, motivo per cui è così difficile trovare un quadrifoglio.

Contare le spirali sui girasoli può essere difficile, quindi se vuoi mettere alla prova questo principio, prova a contare le spirali su cose più grandi come pigne, ananas e carciofi.

Ma perché i girasoli e le altre piante rispettano le regole matematiche? Come i modelli esagonali in un alveare, è tutta una questione di efficienza. Per non diventare troppo tecnici, basti dire che un girasole può contenere più semi se ogni seme è separato da un angolo che è un numero irrazionale.

A quanto pare, il numero più irrazionale è noto come golden ratio, o Phi, e succede solo che se dividiamo il numero di Fibonacci o di Lucas con il numero precedente nella sequenza otteniamo un numero vicino a Phi (1.618033988749895 ...) Quindi, per ogni pianta che segue la sequenza di Fibonacci, dovrebbe esserci un angolo che corrisponde a Phi ("l'angolo d'oro") tra ogni seme, foglia, petalo o ramo.

7

Shell Nautilus

Oltre alle piante, alcuni animali, come il nautilo, esibiscono i numeri di Fibonacci. Ad esempio, il guscio di un nautilus è cresciuto in una "spirale di Fibonacci". La spirale si verifica a causa del tentativo della conchiglia di mantenere la stessa forma proporzionale mentre cresce verso l'esterno. Nel caso del nautilus, questo modello di crescita gli consente di mantenere la stessa forma per tutta la sua vita (a differenza degli umani, i cui corpi cambiano proporzione man mano che invecchiano).

Come spesso accade, ci sono delle eccezioni alla regola, quindi non tutti i gusci del nautilo fanno una spirale di Fibonacci. Ma tutti aderiscono a qualche tipo di spirale logaritmica. E prima di iniziare a pensare che questi cefalopodi possano averti preso a calci in classe in matematica, ricorda che non sono coscientemente consapevoli di come crescono i loro gusci e stanno semplicemente beneficiando di un design evolutivo che consente al mollusco di crescere senza cambiare forma.

6

Animali

La maggior parte degli animali ha simmetria bilaterale, il che significa che possono essere divisi in due metà corrispondenti, se sono equamente divisi lungo una linea centrale. Persino gli umani possiedono una simmetria bilaterale, e alcuni scienziati ritengono che la simmetria di una persona sia il fattore più importante se le troviamo fisicamente belle o meno. In altre parole, se hai una faccia sbilenca, ti conviene sperare che tu abbia molte altre qualità salvifiche.

Si potrebbe ritenere che un animale abbia preso troppo a fondo l'intera simmetria per attrarre un compagno; e quell'animale è il pavone.Darwin fu irritato positivamente dall'uccello e scrisse in una lettera del 1860 che "La vista di una piuma sulla coda di un pavone, ogni volta che la osservo, mi fa star male!"

Per Darwin, la coda sembrava pesante e non aveva un senso evolutivo poiché non corrispondeva alla sua teoria della "sopravvivenza del più adatto". Rimase furioso fino a quando arrivò con la teoria della selezione sessuale, che afferma che gli animali sviluppano determinate caratteristiche per aumentare le loro possibilità di accoppiamento. A quanto pare i pavoni hanno la scelta della scelta sessuale, dato che sfoggiano una varietà di adattamenti per attrarre le donne, compresi i colori vivaci, una grande dimensione e la simmetria nella loro forma fisica e nei ripetuti disegni delle loro piume.

5

Ragnatele

Ci sono circa 5.000 tipi di ragni web orb, e tutti creano reti circolari quasi perfette con supporti radiali quasi equidistanti che escono dal centro e una spirale intessuta per catturare la preda. Gli scienziati non sono del tutto sicuri del motivo per cui i ragni dell'orbita sono così inclinati alla geometria poiché i test hanno dimostrato che le ragnatele non intrappolano il cibo meglio delle ragnatele di forma irregolare.

Alcuni scienziati teorizzano che le reti di orbita sono costruite per forza, e la simmetria radiale aiuta a distribuire uniformemente la forza di impatto quando la preda colpisce il web, con conseguente minore strappo nel filo. Ma la domanda rimane: se è davvero un design web migliore, allora perché non tutti gli spider lo utilizzano? Alcuni ragni non orb sembrano avere la capacità, e proprio non sembrano essere disturbati.

Per esempio, uno spider recentemente scoperto in Perù costruisce i singoli pezzi della sua tela esattamente nella stessa misura e lunghezza (dimostrando la sua capacità di "misurare"), ma poi schiaffeggia tutti questi pezzi di dimensioni uguali in una rete casuale senza regolarità in forma. Questi ragni peruviani sanno qualcosa che i ragni non fanno o non hanno scoperto il valore in simmetria?

4

Cerchi nel grano

Dai a un paio di burloni una tavola, una corda e il mantello dell'oscurità, e si scopre che le persone sono abbastanza brave a creare anche forme simmetriche. In effetti, è a causa delle incredibili simmetrie e complessità del design dei cerchi nel grano che, anche dopo che i creatori di cerchi nel grano si sono fatti avanti e hanno dimostrato le loro abilità, molte persone credono ancora che solo gli alieni siano capaci di tale impresa.

È possibile che ci sia stata una mescolanza di cerchi nel grano creati dall'uomo e dagli alieni sulla terra, eppure uno dei maggiori indizi secondo cui sono tutti creati dall'uomo è che stanno diventando progressivamente più complicati. È contro-intuitivo pensare che gli alieni renderebbero i loro messaggi più difficili da decifrare, quando non abbiamo nemmeno capito i primi. È un po 'più probabile che le persone imparino gli uni dagli altri attraverso l'esempio e progressivamente coinvolgendo le loro cerchie.

Non importa da dove vengano, i cerchi nel grano sono belli da vedere, soprattutto perché sono così geometricamente impressionanti. Il fisico Richard Taylor fece uno studio sui cerchi nel grano e scoprì - oltre al fatto che circa uno è creato sulla terra per notte - che la maggior parte dei disegni mostra una grande varietà di simmetrie e modelli matematici, inclusi i frattali e le spirali di Fibonacci.

3

Fiocchi di neve

Anche qualcosa di piccolo come un fiocco di neve è governato dalle leggi dell'ordine, poiché la maggior parte dei fiocchi di neve esibisce una simmetria radiale di sei volte con motivi elaborati e identici su ciascuna delle sue braccia. Capire perché le piante e gli animali optano per la simmetria è abbastanza difficile da avvolgere il nostro cervello, ma oggetti inanimati: come diavolo hanno scoperto qualcosa?

Apparentemente, tutto si riduce alla chimica; e in particolare, come le molecole d'acqua si dispongono come si solidificano (cristallizzano). Le molecole d'acqua si trasformano in uno stato solido formando deboli legami di idrogeno l'uno con l'altro. Questi legami si allineano in una disposizione ordinata che massimizza le forze attrattive e riduce quelle repulsive, che avviene per formare la forma esagonale complessiva del fiocco di neve. Ma come tutti sappiamo, non ci sono due fiocchi di neve uguali, quindi com'è che un fiocco di neve è completamente simmetrico con se stesso, mentre non corrisponde a nessun altro fiocco di neve?

Bene, come ogni fiocco di neve fa la sua discesa dal cielo sperimenta condizioni atmosferiche uniche, come l'umidità e la temperatura, che influenzano il modo in cui i cristalli sul fiocco "crescono". Tutte le braccia del fiocco attraversano le stesse condizioni e di conseguenza si cristallizzano nel allo stesso modo - ogni braccio una copia esatta dell'altro. Nessun fiocco di neve ha la stessa identica esperienza e quindi sembrano tutti leggermente diversi l'uno dall'altro.

2

Galassia della Via Lattea

Come abbiamo visto, la simmetria e i modelli matematici esistono quasi ovunque guardiamo, ma queste leggi della natura si limitano al solo pianeta? Apparentemente no. Avendo recentemente scoperto una nuova sezione ai margini della Via Lattea, gli astronomi ora credono che la galassia sia un'immagine di sé stessa a specchio quasi perfetta. Sulla base di queste nuove informazioni, gli scienziati sono più fiduciosi nella loro teoria che la galassia ha solo due grandi bracci: il Perseo e lo Scutum-Centauro.

Oltre ad avere simmetria a specchio, la Via Lattea ha un altro incredibile design, simile a conchiglie e girasoli di Nautilus, in cui ogni "braccio" della galassia rappresenta una spirale logaritmica che inizia al centro della galassia e si espande verso l'esterno.

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Simmetria Sole-Luna

Con il sole con un diametro di 1,4 milioni di chilometri e la Luna con un diametro di soli 3,474 chilometri, sembra quasi impossibile che la luna sia in grado di bloccare la luce del sole e darci circa cinque eclissi solari ogni due anni.

Come succede? Per coincidenza, mentre la larghezza del sole è circa quattrocento volte più grande di quella della luna, il sole è anche circa quattrocento volte più lontano. La simmetria in questo rapporto fa sì che il sole e la luna appaiano quasi le stesse dimensioni se visti dalla Terra, e quindi rende possibile che la luna blocchi il sole quando i due sono allineati.

Naturalmente, la distanza della Terra dal sole può aumentare durante la sua orbita - e quando si verifica un'eclissi durante questo periodo, vediamo un'annulazione, o anello, eclissi, perché il sole non è completamente nascosto. Ma ogni uno o due anni, tutto è perfettamente allineato e possiamo assistere all'evento spettacolare conosciuto come un'eclissi solare totale.

Gli astronomi non sono sicuri di quanto sia comune questa simmetria tra altri pianeti, soli e lune, ma pensano che sia piuttosto raro. Anche così, non dovremmo supporre che siamo particolarmente speciali, dal momento che tutto sembra essere una questione di fortuna. Per esempio, ogni anno la luna si allontana di circa quattro centimetri dalla Terra, il che significa che miliardi di anni fa, ogni eclissi solare sarebbe stata un'eclissi totale.

Se le cose continuano ad andare come sono, le eclissi totali finiranno per scomparire, e questo sarà anche seguito dalla scomparsa delle eclissi anulari (se il pianeta dura così a lungo). Quindi sembra che siamo semplicemente nel posto giusto al momento giusto per assistere a questo fenomeno. O siamo noi? Alcuni teorizzano che questa simmetria sole-luna è il fattore speciale che rende possibile la nostra vita sulla Terra.