10 schöne Beispiele für Symmetrie in der Natur

Symmetrie ist seit Jahrhunderten ein Thema, das Philosophen, Astronomen, Mathematiker, Künstler, Architekten und Physiker fasziniert. Die alten Griechen waren geradezu besessen davon - und auch heute neigen wir dazu, Symmetrie bei der Planung unserer Möbelplanung bis hin zum Haarstyling zu beachten.

Niemand ist sicher, warum es so eine allgegenwärtige Eigenschaft ist oder warum die Mathematik dahinter alles um uns herum zu durchdringen scheint, aber die zehn Beispiele unten zeigen, dass es definitiv da ist.

Seien Sie einfach gewarnt: Sobald Sie sich dessen bewusst sind, haben Sie wahrscheinlich einen unkontrollierbaren Drang, bei allem, was Sie sehen, nach Symmetrie zu suchen.

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Romanesco Broccoli

Sie sind möglicherweise an Romanesco-Broccoli im Lebensmittelgeschäft vorbeigegangen und haben aufgrund ihres ungewöhnlichen Aussehens angenommen, dass es sich um eine Art gentechnisch verändertes Lebensmittel handelt. Aber es ist eigentlich nur einer der vielen Fälle von fraktaler Symmetrie in der Natur - wenn auch auffallend.

In der Geometrie ist ein Fraktal ein komplexes Muster, bei dem jeder Teil eines Objekts das gleiche geometrische Muster wie das Ganze hat. Bei Romanseco-Broccoli weist also jeder Blümchen dieselbe logarithmische Spirale auf wie der gesamte Kopf (nur miniaturisiert). Im Wesentlichen ist das gesamte Gemüse eine große Spirale, die aus kleineren, kegelförmigen Knospen besteht, die auch Mini-Spiralen sind.

Romanesco ist übrigens sowohl mit Broccoli als auch mit Blumenkohl verwandt; obwohl der Geschmack und die Konsistenz eher Blumenkohl ähneln. Es ist auch reich an Carotinoiden und Vitaminen C und K, was bedeutet, dass es eine gesunde und mathematisch schöne Ergänzung zu unseren Mahlzeiten ist.

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Bienenwabe

Bienen sind nicht nur herausragende Honigproduzenten - sie scheinen auch die Geometrie zu kennen. Seit Jahrtausenden staunen Menschen über die perfekten sechseckigen Figuren in Waben und fragen sich, wie Bienen instinktiv eine Form schaffen können, die Menschen nur mit Lineal und Kompass reproduzieren können. Die Wabe ist ein Fall von Tapetensymmetrie, bei dem ein wiederholtes Muster eine Ebene (z. B. einen Fliesenboden oder ein Mosaik) bedeckt.

Wie und warum suchen Bienen nach Sechsecken? Nun, die Mathematiker glauben, dass es die perfekte Form ist, um Bienen die größtmögliche Menge an Honig mit möglichst wenig Wachs zu speichern. Andere Formen, wie zum Beispiel Kreise, würden eine Lücke zwischen den Zellen hinterlassen, da sie nicht genau zusammenpassen.

Andere Beobachter, die weniger auf den Einfallsreichtum der Bienen vertrauen, denken, dass die Sechsecke durch Zufall entstehen. Mit anderen Worten, die Bienen bilden einfach kreisförmige Zellen und das Wachs bricht auf natürliche Weise in die Form eines Sechsecks zusammen. So oder so, es ist alles ein Produkt der Natur - und es ist ziemlich verdammt beeindruckend.

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Sonnenblumen

Sonnenblumen haben eine radiale Symmetrie und eine interessante Art der numerischen Symmetrie, die als Fibonacci-Sequenz bekannt ist. Die Fibonacci-Folge ist 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 24, 55, 89, 144 usw. (jede Zahl wird durch Addition der beiden vorhergehenden Zahlen bestimmt).

Wenn wir uns die Zeit genommen haben, um die Anzahl der Samen-Spiralen in einer Sonnenblume zu zählen, würden wir feststellen, dass sich die Anzahl der Spiralen auf eine Fibonacci-Zahl summiert. In der Tat produzieren viele Pflanzen (einschließlich Romanesco-Broccoli) Blütenblätter, Blätter und Samen in der Fibonacci-Sequenz, weshalb es so schwierig ist, ein vierblättriges Kleeblatt zu finden.

Das Zählen von Spiralen auf Sonnenblumen kann schwierig sein. Wenn Sie dieses Prinzip selbst testen möchten, zählen Sie die Spiralen an größeren Dingen wie Kiefernzapfen, Ananas und Artischocken.

Aber warum halten Sonnenblumen und andere Pflanzen mathematische Regeln ein? Wie bei den sechseckigen Mustern in einem Bienenstock ist alles eine Frage der Effizienz. Um nicht zu technisch zu werden, genügt es zu sagen, dass eine Sonnenblume die meisten Samen enthalten kann, wenn jeder Samen durch einen Winkel getrennt wird, der eine irrationale Zahl ist.

Wie sich herausstellt, ist die irrationalste Zahl etwas, das als Goldener Schnitt oder Phi bekannt ist, und es passiert einfach so, dass, wenn wir eine Fibonacci- oder Lucas-Zahl durch die vorangehende Zahl in der Folge teilen, eine Zahl nahe an Phi (1.618033988749895) kommt …) Für jede Pflanze, die der Fibonacci-Sequenz folgt, sollte es also einen Winkel geben, der Phi (der „goldene Winkel“) zwischen jedem Samen, Blatt, Blütenblatt oder Zweig entspricht.

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Nautilus Shell

Neben Pflanzen weisen einige Tiere, wie der Nautilus, Fibonacci-Zahlen auf. Zum Beispiel wird die Schale eines Nautilus in einer "Fibonacci-Spirale" gezüchtet. Die Spirale tritt auf, weil die Schale versucht, die gleiche proportionale Form beizubehalten, wenn sie nach außen wächst. Im Falle des Nautilus erlaubt es dieses Wachstumsmuster, dass er während seines gesamten Lebens die gleiche Form beibehält (im Gegensatz zu Menschen, deren Körper sich mit zunehmendem Alter verändern).

Wie so oft gibt es Ausnahmen von der Regel - nicht jede Nautilus-Muschel bildet eine Fibonacci-Spirale. Aber alle halten an einer Art logarithmischer Spirale fest. Und bevor Sie anfangen zu denken, dass diese Kopffüßer im Mathematikunterricht Ihren Hintern getreten haben könnten, denken Sie daran, dass sie sich nicht bewusst sind, wie ihre Muscheln wachsen, und profitieren einfach von einem evolutionären Design, das die Molluske wachsen lässt, ohne ihre Form zu verändern.

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Tiere

Die meisten Tiere haben eine bilaterale Symmetrie, was bedeutet, dass sie in zwei übereinstimmende Hälften geteilt werden können, wenn sie gleichmäßig entlang einer Mittellinie geteilt werden. Sogar der Mensch besitzt eine bilaterale Symmetrie, und manche Wissenschaftler glauben, dass die Symmetrie einer Person der wichtigste Faktor dafür ist, ob wir sie körperlich schön finden oder nicht. Mit anderen Worten, wenn Sie ein schiefes Gesicht haben, hoffen Sie, dass Sie viele andere erlösende Eigenschaften haben.

Man könnte annehmen, dass ein Tier die ganze Symmetrie, um einen Partner anzulocken, zu weit gegangen ist; und dieses Tier ist der Pfau.Darwin wurde positiv mit dem Vogel geärgert und schrieb in einem Brief von 1860: "Der Anblick einer Feder im Schwanz eines Pfaus, wenn ich ihn ansehe, macht mich krank!"

Für Darwin erschien der Schwanz belastend und machte keinen Sinn für die Evolution, da er nicht zu seinem „Überleben des Stärkeren“ passte. Er blieb wütend, bis er die Theorie der sexuellen Selektion aufstellte, die besagt, dass Tiere bestimmte Merkmale entwickeln, um ihre Paarungsmöglichkeiten zu erhöhen. Offenbar haben Pfauen die sexuelle Selektion, da sie eine Vielzahl von Anpassungen aufweisen, um die Damen anzuziehen, darunter helle Farben, eine große Größe und Symmetrie in ihrer Körperform und in den sich wiederholenden Mustern ihrer Federn.

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Spinnennetze

Es gibt rund 5.000 Arten von Kugelspinnen, und alle bilden nahezu perfekte kreisförmige Bahnen mit nahezu gleich beabstandeten radialen Stützen aus der Mitte und einer gewundenen Spirale, um die Beute zu fangen. Die Wissenschaftler sind sich nicht ganz sicher, warum Orb-Spinnen so geometrisch geneigt sind, da Tests gezeigt haben, dass orbed-Bahnen kein Futter mehr als unregelmäßig geformte Bahnen verschlingen.

Einige Wissenschaftler vermuten, dass die Orb-Bahnen fester gebaut sind, und die radiale Symmetrie trägt dazu bei, die Aufprallkraft beim Auftreffen der Beute gleichmäßig zu verteilen, was zu weniger Rissen im Faden führt. Aber es bleibt die Frage: Wenn es wirklich ein besseres Webdesign ist, warum verwenden dann nicht alle Spinnen es? Einige Nicht-Orb-Spinnen scheinen die Kapazität zu haben und scheinen einfach nicht gestört zu werden.

Eine in Peru kürzlich entdeckte Spinne konstruiert zum Beispiel die einzelnen Teile ihres Netzes in exakt derselben Größe und Länge (was ihre Fähigkeit zum „Messen“ beweist), aber dann schlägt sie alle gleichgroßen Stücke ohne regelmäßiges Netz in ein zufälliges Netz in Form. Wissen diese peruanischen Spinnen etwas, was die Orbenspinnen nicht wissen, oder haben sie den Wert der Symmetrie nicht entdeckt?

4

Kornkreise

Geben Sie ein paar Hoaxern ein Brett, eine Schnur und den Mantel der Dunkelheit, und es stellt sich heraus, dass die Leute auch symmetrische Formen gut beherrschen. Aufgrund der unglaublichen Symmetrien und Gestaltungskomplexität der Kornkreise ist es sogar so, dass viele Menschen glauben, dass nur die Weltraum-Aliens zu solch einem Kunststück fähig sind.

Es ist möglich, dass es auf der Erde eine Mischung aus menschlichen und außerirdischen Kulturkreisen gegeben hat. Einer der größten Hinweise, dass sie alle von Menschen gemacht sind, ist, dass sie zunehmend komplizierter werden. Es ist kontraintuitiv zu denken, dass Aliens die Entschlüsselung ihrer Botschaften erschweren würden, wenn wir die ersten nicht einmal verstanden hätten. Es ist wahrscheinlicher, dass die Menschen durch Beispiele voneinander lernen und ihre Kreise schrittweise stärker einbeziehen.

Egal woher sie kommen, Kornkreise sind cool anzusehen, hauptsächlich weil sie so geometrisch beeindruckend sind. Der Physiker Richard Taylor führte eine Studie über Kornkreise durch und entdeckte - zusätzlich zu der Tatsache, dass etwa eine pro Nacht auf der Erde geschaffen wird -, dass die meisten Konstruktionen eine Vielzahl von Symmetrie- und mathematischen Mustern aufweisen, einschließlich Fraktalen und Fibonacci-Spiralen.

3

Schneeflocken

Sogar so winzig wie eine Schneeflocke unterliegt den Ordnungsgesetzen, da die meisten Schneeflocken eine sechsfache radiale Symmetrie mit ausgefeilten, identischen Mustern an jedem ihrer Arme aufweisen. Zu verstehen, warum sich Pflanzen und Tiere für Symmetrie entscheiden, ist schwer genug, um unser Gehirn zu umwickeln, aber unbelebte Objekte - wie um alles in der Welt haben sie etwas herausgefunden?

Anscheinend läuft alles auf die Chemie hinaus. und insbesondere, wie sich Wassermoleküle anreichern (kristallisieren). Wassermoleküle gehen in einen festen Zustand über, indem sie schwache Wasserstoffbrücken miteinander bilden. Diese Bindungen sind in einer geordneten Anordnung angeordnet, die die anziehenden Kräfte maximiert und die abstoßenden Kräfte reduziert, wodurch die gesamte sechseckige Form der Schneeflocke gebildet wird. Aber wie wir alle wissen, sind keine zwei Schneeflocken gleich. Wie kommt es, dass eine Schneeflocke völlig symmetrisch zu sich selbst ist, während sie keiner anderen Schneeflocke entspricht?

Nun, da jede Schneeflocke vom Himmel herabsteigt, erfährt sie einzigartige atmosphärische Bedingungen wie Luftfeuchtigkeit und Temperatur, die bewirken, dass die Kristalle auf der Flocke „wachsen“. Alle Arme der Flocke unterliegen den gleichen Bedingungen und kristallisieren folglich in der auf dieselbe Weise - jeder Arm eine exakte Kopie des anderen. Keine Schneeflocke hat die gleiche Erfahrung, und daher sehen sie alle etwas anders aus.

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Milchstraße

Wie wir gesehen haben, gibt es Symmetrie und mathematische Muster fast überall, wo wir hinschauen - aber sind diese Naturgesetze auf unseren Planeten beschränkt? Scheinbar nicht. Astronomen haben kürzlich einen neuen Abschnitt an den Rändern der Milchstraße entdeckt und glauben nun, dass die Galaxie ein nahezu perfektes Spiegelbild von sich selbst ist. Basierend auf diesen neuen Informationen sind Wissenschaftler zuversichtlicher in ihrer Theorie, dass die Galaxie nur zwei Hauptarme hat: den Perseus und den Scutum-Centaurus.

Neben der Spiegelsymmetrie verfügt die Milchstraße über ein weiteres unglaubliches Design - ähnlich wie Nautilus-Muscheln und Sonnenblumen - wobei jeder "Arm" der Galaxie eine logarithmische Spirale darstellt, die im Zentrum der Galaxie beginnt und nach außen ausdehnt.

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Sonne-Mond-Symmetrie

Mit der Sonne mit einem Durchmesser von 1,4 Millionen Kilometern und dem Mond mit einem Durchmesser von nur 3474 Kilometern scheint es fast unmöglich zu sein, dass der Mond das Sonnenlicht blockieren kann und uns alle fünf Jahre etwa fünf Sonnenfinsternisse gibt.

Wie ist es passiert Zufällig ist die Sonne zwar vierhundert Mal größer als die des Mondes, aber die Sonne ist auch vierhundert Mal weiter entfernt. Die Symmetrie in diesem Verhältnis lässt Sonne und Mond von der Erde aus gesehen fast gleich groß erscheinen und ermöglicht es daher dem Mond, die Sonne zu blockieren, wenn die beiden ausgerichtet sind.

Natürlich kann sich der Abstand der Erde von der Sonne während ihres Orbits erhöhen - und wenn in dieser Zeit eine Sonnenfinsternis auftritt, sehen wir eine ringförmige oder ringförmige Sonnenfinsternis, weil die Sonne nicht vollständig verborgen ist. Aber alle ein bis zwei Jahre ist alles genau aufeinander abgestimmt, und wir können das spektakuläre Ereignis beobachten, das als totale Sonnenfinsternis bekannt ist.

Astronomen sind sich nicht sicher, wie üblich diese Symmetrie zwischen anderen Planeten, Sonnen und Monden ist, aber sie denken, dass dies ziemlich selten ist. Trotzdem sollten wir nicht annehmen, dass wir besonders sind, denn alles scheint Zufall zu sein. Zum Beispiel driftet der Mond jedes Jahr etwa vier Zentimeter von der Erde weg, was bedeutet, dass vor Milliarden von Jahren jede Sonnenfinsternis eine totale Sonnenfinsternis gewesen wäre.

Wenn die Dinge so weitergehen, wie sie sind, werden die totalen Finsternisse schließlich verschwinden, und es wird sogar das Verschwinden der ringförmigen Finsternisse folgen (wenn der Planet so lange hält). Es scheint also, dass wir zur richtigen Zeit einfach am richtigen Ort sind, um dieses Phänomen zu beobachten. Oder sind wir Einige vermuten, dass diese Sonnen-Mond-Symmetrie der besondere Faktor ist, der unser Leben auf der Erde möglich macht.