10 flotte eksempler på symmetri i naturen

I århundrer har symmetrien forblitt et emne som fascineres filosofer, astronomer, matematikere, kunstnere, arkitekter og fysikere. De gamle grekene var rett og slett besatt av det - og til og med i dag har vi en tendens til å symmetri i alt fra å planlegge vårt møbeloppsett til å stylere håret vårt.

Ingen er sikker på hvorfor det er en evigvarende eiendom, eller hvorfor matematikken bak den ser ut til å gjennomsyre alt rundt oss - men de ti eksemplene nedenfor viser at det er definitivt der.

Bare vær advart: Når du er klar over det, vil du sannsynligvis ha en ukontrollabel trang til å lete etter symmetri i alt du ser.

10

Romanesco Broccoli

Du har kanskje gått forbi Romanesco Broccoli i matbutikken og antok, på grunn av det uvanlige utseendet, at det var en type genetisk modifisert mat. Men det er faktisk bare en av de mange forekomstene av fraktalsymmetri i naturen - om enn en slående.

I geometri er en fraktal et komplekst mønster der hver del av en ting har samme geometriske mønster som det hele. Så med romanseco brokkoli, presenterer hver floret den samme logaritmiske spiralen som hele hodet (bare miniaturisert). I hovedsak er hele veggie en stor spiral bestående av mindre, kon-lignende knopper som også er mini-spiraler.

Forresten er romanesco knyttet til både brokkoli og blomkål; selv om dens smak og konsistens er mer lik blomkål. Den er også rik på karotenoider og vitamin C og K, noe som betyr at det gjør både et sunt og matematisk vakkert tillegg til måltidene våre.

9

Honeycomb

Ikke bare er bierne stjernehunneprodusenter-det virker som de også har en evne til geometri. I tusenvis av år har mennesker undret seg over de perfekte sekskantede figurer i honningkamler og lurte på hvordan bin kan instinktivt skape en form som mennesker bare kan gjengi med linjal og kompass. Honeycomb er et tilfelle av tapesymmetri, hvor et gjentatt mønster dekker et plan (for eksempel et flislagt gulv eller en mosaikk).

Hvordan og hvorfor har bier en hankering for sekskanter? Vel, matematikere tror at det er den perfekte formen å tillate bier å lagre størst mulig mengde honning mens du bruker minst mulig voks. Andre former, for eksempel sirkler, ville etterlate et gap mellom cellene siden de ikke passer perfekt sammen.

Andre observatører, som har mindre tro på bittes oppfinnsomhet, mener at heksagonene dannes av «ulykke». Med andre ord, gjør biene bare sirkulære celler og voksen faller naturlig inn i form av en sekskant. Uansett, det er alt et produkt av naturen - og det er ganske darn imponerende.

8

solsikker

Solsikker har en radial symmetri og en interessant type numerisk symmetri kjent som Fibonacci-sekvensen. Fibonacci-sekvensen er 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 24, 55, 89, 144 og så videre (hvert tall bestemmes ved å legge de to foregående tallene sammen).

Hvis vi tok seg tid til å telle antall frø spiraler i en solsikke, ville vi finne at mengden spiraler legger til et Fibonacci nummer. Faktisk produserer mange planter (inkludert romanesco brokkoli) kronblad, blader og frø i Fibonacci-sekvensen, og det er derfor vanskelig å finne en firkløver.

Å telle spiraler på solsikker kan være vanskelig, så hvis du vil teste dette prinsippet selv, kan du prøve å telle spiralene på større ting som pinecones, ananas og artisjokker.

Men hvorfor følger solsikker og andre planter seg med matematiske regler? Som de sekskantede mønstrene i et bikube, handler det hele om effektivitet. For å ikke bli for teknisk, er det nok å si at en solsikke kan pakke inn de fleste frø hvis hvert frø er skilt fra en vinkel som er et irrasjonelt tall.

Som det viser seg, er det mest irrasjonelle tallet noe kjent som gullforholdet, eller Phi, og det skjer bare at hvis vi deler et Fibonacci- eller Lucas-nummer med det forrige nummeret i sekvensen, får vi et nummer nær Phi (1.618033988749895 ...) Så, for alle planter som følger Fibonacci-sekvensen, bør det være en vinkel som tilsvarer Phi (den "gyldne vinkelen") mellom hvert frø, blad, kronblad eller gren.

7

Nautilus Shell

I tillegg til planter, viser noen dyr, som nautilus, Fibonacci-tall. For eksempel vokser skallet til en nautilus i en "Fibonacci-spiral". Spiralen oppstår på grunn av skallets forsøk på å opprettholde samme proporsjonale form som den vokser utover. Når det gjelder nautilus, tillater dette vekstmønster det å opprettholde den samme formen gjennom hele sitt liv (i motsetning til mennesker, hvis legemer forandrer proporsjonen når de blir eldre).

Som det ofte er tilfelle, er det unntak fra regelen, så ikke alle nautilus skall gjør en Fibonacci spiral. Men alle holder seg til en slags logaritmisk spiral. Og før du begynner å tenke på at disse cephalopodene kunne ha sparket din rumpe i matematikklassen, husk at de ikke er bevisst klar over hvordan deres skall vokser og bare nyter en evolusjonær design som gjør at bløtdyren vokser uten å endre form.

6

dyr

De fleste dyr har bilateral symmetri, noe som betyr at de kan deles i to matchende halvdeler, dersom de er jevnt fordelt ned midtlinjen. Selv mennesker har bilateral symmetri, og enkelte forskere mener at en persons symmetri er den viktigste faktoren i hvorvidt vi finner dem fysisk vakre eller ikke. Med andre ord, hvis du har et skråt ansikt, vil du bedre håpe du har mange andre innløsende kvaliteter.

Et dyr kan anses å ha tatt hele symmetrien til å tiltrekke seg en venn for langt; og det dyret er påfuglen.Darwin ble positivt peeved med fuglen, og skrev i et brev fra 1860 at "Synet av en fjær i en påfuglens hale, når jeg ser på den, gjør meg syk!"

Til Darwin virket halen byrdefull og gjorde ikke evolusjonær fornuft siden den ikke passet hans "overlevelse av den sterkeste" teorien. Han forblev rasende til han kom opp med teorien om seksuell seleksjon, noe som hevder at dyr utvikler visse funksjoner for å øke sine muligheter for parring. Tilsynelatende påfugler har den seksuelle utvalgstesten ned klapp, siden de utøver en rekke tilpasninger for å tiltrekke damene, inkludert lyse farger, en stor størrelse og symmetri i kroppsform og i gjentatte mønstre av fjærene.

5

Edderkoppnett

Det er rundt 5000 typer orb web edderkopper, og alle skaper nesten perfekte sirkulære baner med nesten likeverdige radiale støtter som kommer ut av midten og en spiral vevd for å fange byttedyr. Forskere er ikke helt sikker på hvorfor orb edderkopper er så geometri tilbøyelig siden tester har vist at orbed webs ikke lukter mat noe bedre enn uregelmessig formet webs.

Noen forskere teoretiserer at orb-nettene er bygget for styrke, og den radiale symmetrien bidrar til jevnt fordeling av kraften når bytte rammer nettet, noe som resulterer i mindre rippe i tråden. Men spørsmålet er fortsatt: Hvis det egentlig er et bedre webdesign, hvorfor bruker ikke alle edderkopper det? Noen ikke-orb edderkopper synes å ha kapasitet, og synes ikke å være plaget.

For eksempel konstruerer en nylig oppdaget edderkopp i Peru de enkelte brikkene av sin web i nøyaktig samme størrelse og lengde (viser evne til å "måle"), men så slår det bare alle disse jevnt dimensjonerte stykkene inn i en tilfeldig web uten regelmessighet i form. Gjør disse peruanske edderkoppene noe om orb edderkopper ikke, eller har de ikke oppdaget verdien i symmetri?

4

Beskjære sirkler

Gi et par hoaxere et stykke, litt snor og mørkets kappe, og det viser seg at folk er ganske gode til å lage symmetriske former også. Faktisk er det på grunn av kultursirkelens utrolige symmetrier og kompleksitet med design, at selv etter at menneskelige avlingskretsmakere har kommet frem og demonstrert ferdighetene sine, tror mange fortsatt at bare romvesenere har en slik prestasjon.

Det er mulig at det har vært en blanding av menneskelige og fremmedgjorte avlinger på jorden, men et av de største hintene at de er alle menneskeskapte, er at de blir stadig mer kompliserte. Det er mot-intuitivt å tro at romvesenene ville gjøre deres meldinger vanskeligere å dechiffrere, da vi ikke engang forsto de første. Det er litt mer sannsynlig at folk lærer fra hverandre gjennom eksempel, og gradvis gjør sirklene mer involvert.

Uansett hvor de kommer fra, er kultursirkler kule å se på, hovedsakelig fordi de er så geometriske imponerende. Fysiker Richard Taylor studerte avlinger og oppdaget - i tillegg til at omtrent en er skapt på jorden per natt - at de fleste design viser et bredt utvalg av symmetri og matematiske mønstre, inkludert fraktaler og Fibonacci spiraler.

3

snowflakes

Selv noe som er liten som en snøfnugg styres av lover, fordi de fleste snøflakter har seks ganger radial symmetri med forseggjort, identiske mønstre på hver av armene. Forstå hvorfor planter og dyr velger symmetri er vanskelig nok til å bryte våre hjerner rundt, men livløse objekter - hvordan i verden fant de noe ut?

Tilsynelatende koker det hele til kjemi; og spesifikt hvordan vannmolekyler ordner seg når de størkner (krystalliserer). Vannmolekyler forandrer seg til en fast tilstand ved å danne svake hydrogenbindinger med hverandre. Disse bindingene justeres i et ordnet arrangement som maksimerer attraktive krefter og reduserer repulsive seg, som skjer for å danne den generelle sekskantede formen på snøfnetten. Men som vi alle vet, er det ingen to snøflak som er like - så hvordan er det at en snøfnugg er helt symmetrisk med seg selv, mens den ikke passer til noen annen snøflake?

Vel, da hver snøflake gjør sin nedstigning fra himmelen, opplever den unike atmosfæriske forhold, som fuktighet og temperatur, som påvirker hvordan krystallene på flaken "vokser". Alle flakens armer går gjennom de samme forholdene og krystalliserer dermed i samme måte - hver arm en nøyaktig kopi av den andre. Ingen snøfnugg har nøyaktig samme erfaring som kommer ned, og derfor ser de alle litt annerledes ut enn hverandre.

2

Galaksen Melkeveien

Som vi har sett, eksisterer symmetri og matematiske mønstre nesten overalt vi ser - men er disse naturlovene begrenset til vår planet alene? Tydeligvis ikke. Etter å ha nylig oppdaget en ny seksjon på kantene av Melkeveis Galaxy, tror astronomer nå at galaksen er et nesten perfekt speilbilde av seg selv. Basert på denne nye informasjonen, er forskerne mer selvsikker i sin teori om at galaksen kun har to store armer: Perseus og Scutum-Centaurus.

I tillegg til å ha spegelsymmetri, har Milky Way en annen utrolig design som ligner nautilusskjell og solsikker - hvor hver "arm" av galaksen representerer en logaritmisk spiral som begynner i midten av galaksen og ekspanderer utover.

1

Sun-Moon Symmetry

Når solen har en diameter på 1,4 millioner kilometer og månen har en diameter på bare 3,474 kilometer, virker det nesten umulig at månen er i stand til å blokkere sollyset og gi oss rundt fem solformørkelser hvert annet år.

Hvordan skjer det? Tilfeldigvis, mens solens bredde er omtrent fire hundre ganger større enn månens, er solen også omtrent fire hundre ganger lenger unna. Symmetrien i dette forholdet gjør solen og månen vises nesten like stor når den ses fra jorden, og gjør det derfor mulig for månen å blokkere solen når de to er justert.

Selvfølgelig kan jordens avstand fra solen øke i løpet av sin bane - og når en formørkelse oppstår i løpet av denne tiden, ser vi en ringformet eller ringformørkelse fordi solen ikke er helt skjult. Men hver og en til to år er alt i presis justering, og vi kan oppleve den spektakulære hendelsen kjent som en total solformørkelse.

Astronomer er ikke sikker på hvor vanlig denne symmetrien er mellom andre planeter, soler og måner, men de synes det er ganske sjeldent. Likevel bør vi ikke anta at vi er spesielt spesielle, siden alt ser ut til å være en tilfeldighet. For eksempel, hvert år går månen rundt fire centimeter lenger unna Jorden, noe som betyr at for mange år siden ville hver solformørkelse vært en total formørkelse.

Hvis ting fortsetter som de er, vil totale formørkelser til slutt forsvinne, og dette vil til og med bli etterfulgt av forsvinden av ringformede formørkelser (hvis planeten varer så lenge). Så det ser ut til at vi rett og slett er på rett sted til rett tid for å oppleve dette fenomenet. Eller er vi? Noen teoretiserer at denne solmånesymmetrien er den spesielle faktoren som gjør vårt liv på jorden mulig.