10 prachtige voorbeelden van symmetrie in de natuur

Al eeuwenlang is symmetrie een onderwerp gebleven dat gefascineerd is door filosofen, astronomen, wiskundigen, kunstenaars, architecten en natuurkundigen. De oude Grieken waren er ronduit geobsedeerd door - en zelfs vandaag hebben we de neiging om in alles van kant te zijn, van het plannen van onze meubelindeling tot het stylen van ons haar.

Niemand weet zeker waarom het zo een altijd aanwezig bezit is, of waarom de wiskunde erachter alles overal om ons heen lijkt te doordringen, maar de tien onderstaande voorbeelden bewijzen dat het er echt is.

Wees gewaarschuwd: als je je hiervan bewust bent, zul je waarschijnlijk een oncontroleerbare drang hebben om te zoeken naar symmetrie in alles wat je ziet.

10

Romanesco Broccoli

Je bent misschien gepasseerd door romanesco-broccoli in de supermarkt en ging ervan uit, vanwege het ongewone uiterlijk, dat het een soort van genetisch gemodificeerd voedsel was. Maar het is eigenlijk slechts een van de vele voorbeelden van fractalsymmetrie in de natuur, zij het een opvallende.

In de geometrie is een fractal een complex patroon waarbij elk deel van een ding hetzelfde geometrische patroon heeft als het geheel. Dus met romanseco-broccoli presenteert elke bloem dezelfde logaritmische spiraal als het hele hoofd (slechts geminiaturiseerd). In wezen is de hele veggie één grote spiraal bestaande uit kleinere, kegelachtige toppen die ook mini-spiralen zijn.

Overigens is romanesco verwant aan zowel broccoli als bloemkool; hoewel de smaak en consistentie meer op bloemkool lijken. Het is ook rijk aan carotenoïden en vitamine C en K, wat betekent dat het zowel een gezonde als wiskundig mooie toevoeging is aan onze maaltijden.

9

Honingraat

Niet alleen zijn bijen geweldige honingproducenten, het lijkt erop dat ze ook een talent hebben voor geometrie. Duizenden jaren lang hebben mensen zich verwonderd over de perfecte zeshoekige figuren in honingraten en vroegen ze zich af hoe bijen instinctief een vorm kunnen creëren die mensen alleen kunnen reproduceren met een liniaal en een kompas. De honingraat is een geval van behangsymmetrie, waarbij een herhaald patroon een vlak bedekt (bijvoorbeeld een tegelvloer of een mozaïek).

Hoe en waarom hebben bijen hunkering naar zeshoeken? Welnu, wiskundigen geloven dat het de perfecte vorm is om bijen de grootst mogelijke hoeveelheid honing te laten opslaan terwijl ze de minste hoeveelheid was gebruiken. Andere vormen, zoals cirkels bijvoorbeeld, laten een opening tussen de cellen achter omdat ze niet precies in elkaar passen.

Andere waarnemers, die minder vertrouwen hebben in de vindingrijkheid van bijen, denken dat de zeshoeken zich vormen door 'ongeluk'. Met andere woorden, de bijen maken eenvoudig cirkelvormige cellen en de was klapt op natuurlijke wijze in de vorm van een zeshoek. Hoe dan ook, het is allemaal een product van de natuur - en het is behoorlijk indrukwekkend.

8

zonnebloemen

Zonnebloemen beschikken over radiale symmetrie en een interessant soort numerieke symmetrie die bekend staat als de Fibonacci-reeks. De Fibonacci-reeks is 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 24, 55, 89, 144, enzovoort (elk getal wordt bepaald door de twee voorgaande getallen samen toe te voegen).

Als we de tijd nemen om het aantal zaadspiralen in een zonnebloem te tellen, zien we dat de hoeveelheid spiralen samenvalt met een Fibonacci-nummer. Sterker nog, een groot aantal planten (waaronder romanesco-broccoli) produceren bloemblaadjes, bladeren en zaden in de Fibonacci-reeks, daarom is het zo moeilijk om een ​​klavertje vier te vinden.

Het tellen van spiralen op zonnebloemen kan moeilijk zijn, dus als je dit principe zelf wilt testen, probeer dan de spiralen te tellen op grotere dingen zoals pinecones, ananas en artisjokken.

Maar waarom houden zonnebloemen en andere planten zich aan wiskundige regels? Net als de zeshoekige patronen in een bijenkorf, het is allemaal een kwestie van efficiëntie. Om niet te technisch te worden, volstaat het om te zeggen dat een zonnebloem de meeste zaden kan inpakken als elk zaadje wordt gescheiden door een hoek die een irrationeel getal is.

Zoals blijkt, is het meest irrationele getal iets dat bekend staat als de gulden snede, of Phi, en het gebeurt gewoon zo dat als we een Fibonacci of Lucas getal delen door het voorgaande getal in de reeks, we een getal krijgen dat dicht bij Phi ligt (1.618033988749895 ...) Dus voor elke plant die de Fibonacci-reeks volgt, moet er een hoek zijn die overeenkomt met Phi (de "gouden hoek") tussen elk zaadje, blad, blaadje of tak.

7

Nautilus Shell

Naast planten vertonen sommige dieren, zoals de nautilus, Fibonacci-getallen. Zo wordt de schaal van een nautilus gekweekt in een "Fibonacci-spiraal". De spiraal vindt plaats vanwege de poging van de schaal om dezelfde proportionele vorm te behouden als deze naar buiten toe groeit. In het geval van de nautilus maakt dit groeipatroon het mogelijk om dezelfde vorm te behouden gedurende zijn hele leven (in tegenstelling tot mensen, waarvan het lichaam verandert naarmate ze ouder worden).

Zoals vaak het geval is, zijn er uitzonderingen op de regel - dus niet elke nautilusschaal maakt een Fibonacci-spiraal. Maar ze houden allemaal vast aan een soort logaritmische spiraal. En voordat je begint te denken dat deze koppotigen je in de wiskundeles hadden kunnen schoppen, onthoud dat ze zich niet bewust bewust zijn van hoe hun schelpen groeien, en profiteren gewoon van een evolutionair ontwerp dat het weekdier laat groeien zonder van vorm te veranderen.

6

Dieren

De meeste dieren hebben bilaterale symmetrie, wat betekent dat ze kunnen worden opgesplitst in twee passende helften, als ze gelijkmatig worden verdeeld over een middellijn. Zelfs mensen hebben bilaterale symmetrie en sommige wetenschappers geloven dat iemands symmetrie de belangrijkste factor is in het feit of we ze fysiek mooi vinden of niet. Met andere woorden, als je een scheef gezicht hebt, kun je maar beter hopen dat je veel andere goede eigenschappen hebt.

Eén dier kan worden beschouwd als het hele symmetrie-aantrekken-a-mate-ding te ver weg genomen; en dat dier is de pauw.Darwin was positief geërgerd door de vogel en schreef in een brief uit 1860 dat "Het zien van een veertje in de staart van een pauw, wanneer ik ernaar kijk, me ziek maakt!"

Voor Darwin leek de staart omslachtig en maakte hij geen evolutionaire betekenis, omdat hij niet paste in zijn 'survival of the fittest' theorie. Hij bleef woedend totdat hij met de theorie van seksuele selectie kwam, die beweert dat dieren bepaalde kenmerken ontwikkelen om hun kansen op paring te vergroten. Blijkbaar hebben pauwen het seksuele selectie-effect, omdat ze een verscheidenheid aan aanpassingen ondergaan om de dames aan te trekken, inclusief felle kleuren, een grote afmeting en symmetrie in hun lichaamsvorm en in de herhaalde patronen van hun veren.

5

Spinnenweb

Er zijn ongeveer 5000 soorten orb web spiders, en ze creëren allemaal bijna perfecte cirkelvormige webben met bijna equidistante radiale steunen die uit het midden komen en een spiraal geweven om prooi te vangen. Wetenschappers zijn er niet helemaal zeker van waarom orb-spinnen zo geometrisch zijn, omdat uit tests is gebleken dat orbedwebben voedsel niet beter verstrikken dan onregelmatig gevormde webben.

Sommige wetenschappers theoretiseren dat de bolwebben zijn gebouwd voor kracht, en de radiale symmetrie helpt om de kracht van de impact gelijkmatig te verdelen wanneer een prooi het web raakt, wat resulteert in minder scheurtjes in de draad. Maar de vraag blijft: als het echt een beter webontwerp is, waarom gebruiken niet alle spiders het dan? Sommige niet-bolvormige spinnen lijken de capaciteit te hebben en lijken gewoon niet gestoord te worden.

Bijvoorbeeld, een recent ontdekte spin in Peru construeert de individuele stukken van zijn web in precies dezelfde grootte en lengte (bewijst het vermogen om te "meten"), maar dan slaat hij al deze stukken van gelijk formaat in een lukraak web zonder regelmaat in vorm. Weten deze Peruaanse spinnen iets dat de bolspinnen niet doen, of hebben ze de waarde niet in symmetrie ontdekt?

4

Graancirkels

Geef een paar hoaxers een bord, een touwtje en de mantel van de duisternis, en het blijkt dat mensen behoorlijk goed zijn in het maken van symmetrische vormen. Sterker nog, vanwege de ongelooflijke symmetrieën en complexiteit van het ontwerp van graancirkels, geloven veel mensen nog steeds dat alleen buitenaardse wezens in staat zijn zulk een prestatie te leveren, zelfs nadat menselijke graancirkelmakers hun vaardigheden hebben aangetoond.

Het is mogelijk dat er een mengeling van menselijke en buitenaardse weegkringen op aarde is geweest - maar een van de grootste hints dat ze allemaal door de mens gemaakt zijn, is dat ze steeds ingewikkelder worden. Het is contra-intuïtief om te denken dat buitenaardse wezens hun berichten moeilijker zouden maken om te ontcijferen, terwijl we de eerste zelfs niet begrepen. Het is een beetje meer waarschijnlijk dat mensen van elkaar leren door een voorbeeld te nemen en hun kringen steeds meer betrokken te maken.

Waar ze ook vandaan komen, graancirkels zijn cool om naar te kijken, vooral omdat ze zo geometrisch indrukwekkend zijn. Natuurkundige Richard Taylor deed een onderzoek naar graancirkels en ontdekte - naast het feit dat er ongeveer één per nacht op aarde wordt gemaakt - dat de meeste ontwerpen een grote verscheidenheid aan symmetrie en wiskundige patronen vertonen, inclusief fractals en Fibonacci-spiralen.

3

sneeuwvlokken

Zelfs iets kleins als een sneeuwvlok wordt beheerst door de wetten van orde, aangezien de meeste sneeuwvlokken zesvoudige radiale symmetrie vertonen met uitgebreide, identieke patronen op elk van zijn armen. Begrijpen waarom planten en dieren kiezen voor symmetrie, is al moeilijk genoeg om onze hersens in te wikkelen, maar levenloze objecten - hoe hebben ze in hemelsnaam iets ontdekt?

Blijkbaar komt het allemaal neer op chemie; en in het bijzonder, hoe watermoleculen zichzelf rangschikken terwijl ze stollen (kristalliseren). Watermoleculen veranderen in een vaste toestand door zwakke waterstofbruggen met elkaar te vormen. Deze bindingen komen overeen in een geordende opstelling die aantrekkelijke krachten maximaliseert en afstotende, die de algemene hexagonale vorm van de sneeuwvlok vormt, vermindert. Maar zoals we allemaal weten, zijn geen twee sneeuwvlokken hetzelfde - dus hoe komt het dat een sneeuwvlok volledig symmetrisch is met zichzelf, terwijl hij niet overeenkomt met een andere sneeuwvlok?

Welnu, wanneer elke sneeuwvlok zijn afdaling vanuit de lucht maakt, ervaart hij unieke atmosferische omstandigheden, zoals vochtigheid en temperatuur, die effect hebben op hoe de kristallen op de vlok "groeien". Alle armen van de vlok gaan door dezelfde omstandigheden en kristalliseren bijgevolg in de hemel. dezelfde manier - elke arm een ​​exacte kopie van de andere. Geen enkele sneeuwvlok heeft exact dezelfde ervaring en daarom zien ze er allemaal enigszins anders uit.

2

Melkwegstelsel

Zoals we hebben gezien, bestaan ​​symmetrie en wiskundige patronen bijna overal waar we kijken - maar zijn deze natuurwetten beperkt tot onze planeet alleen? Blijkbaar niet. Nadat recentelijk een nieuw gedeelte aan de randen van de Melkweg is ontdekt, geloven astronomen nu dat de melkweg een bijna perfect spiegelbeeld van zichzelf is. Op basis van deze nieuwe informatie hebben wetenschappers meer vertrouwen in hun theorie dat de melkweg slechts twee hoofdarmen heeft: de Perseus en de Scutum-Centaurus.

Naast het hebben van spiegelsymmetrie heeft de Melkweg nog een ander ongelooflijk ontwerp - vergelijkbaar met nautilus schelpen en zonnebloemen - waarbij elke "arm" van de melkweg een logaritmische spiraal vertegenwoordigt die begint in het centrum van de melkweg en zich naar buiten uitbreidt.

1

Zon-Maan Symmetrie

Met de zon met een diameter van 1,4 miljoen kilometer en de maan met een diameter van slechts 3,474 kilometer, lijkt het bijna onmogelijk dat de maan in staat is om het zonlicht te blokkeren en ons om de twee jaar rond vijf zonsverduisteringen geeft.

Hoe gebeurt het? Toevallig, terwijl de breedte van de zon ongeveer vierhonderd keer groter is dan die van de maan, is de zon ook ongeveer vierhonderd keer verder weg. Door de symmetrie in deze verhouding zien de zon en de maan er bijna hetzelfde uit vanaf de aarde, waardoor de maan de zon kan blokkeren als de twee uitgelijnd zijn.

Natuurlijk kan de afstand van de aarde tot de zon tijdens zijn baan toenemen - en wanneer een eclips optreedt gedurende deze tijd, zien we een ringvormige of ringvormige zonsverduistering, omdat de zon niet volledig is verborgen. Maar om de één tot twee jaar is alles precies op één lijn en kunnen we getuige zijn van de spectaculaire gebeurtenis die bekend staat als een totale zonsverduistering.

Astronomen weten niet zeker hoe vaak deze symmetrie is tussen andere planeten, zonnen en manen, maar ze denken dat het vrij zeldzaam is. Toch moeten we niet veronderstellen dat we bijzonder zijn, omdat het allemaal een kwestie van toeval lijkt te zijn. Bijvoorbeeld, elk jaar drijft de maan ongeveer vier centimeter verder van de aarde af, wat betekent dat miljarden jaren geleden elke zonsverduistering een totale eclips zou zijn geweest.

Als de dingen blijven zoals ze zijn, zullen de totale verduisteringen uiteindelijk verdwijnen, en dit zal zelfs worden gevolgd door het verdwijnen van ringvormige verduisteringen (als de planeet zo lang meegaat). Het lijkt er dus op dat we op het juiste moment op de juiste plaats zijn om van dit fenomeen te getuigen. Of zijn we? Sommigen theoretiseren dat deze zon-maansymmetrie de speciale factor is die ons leven op aarde mogelijk maakt.