La simetría: Las perfecciones de la naturaleza y la belleza de la Ciencia

Por Safinaz Salem

 

¿Alguna vez has visto un panal?

¿Alguna vez te has preguntado cómo las abejas construyen inteligentemente estas celdas de cera hexagonales como pisos para su miel?

Estoy hablando aquí de simetrías en la naturaleza, los rostros de la belleza en nuestro universo.

La mayoría de los patrones de simetría que nos rodean pueden ser descritos y simulados por figuras geométricas, incluso el brócoli romanesco que puedes haber visto en la tienda de comestibles, en el momento en que generalmente lo consideramos solo como un alimento, de hecho, es uno de los muchos ejemplos de simetría fractal en la naturaleza.

En geometría, un fractal es un patrón complejo donde cada parte tiene el mismo patrón geométrico que el todo.

En realidad, a veces las instancias de simetría más simples de la naturaleza pueden poseer verdaderos patrones geométricos que añaden dimensiones matemáticamente hermosas a nuestras vidas.

¿Qué significa simetría?

La primera idea que nos viene a la mente cuando se habla de simetría son las cosas que tienen lados o partes iguales o equilibradas (partes simétricas). Un ejemplo de esto en la vida diaria son las ruedas de los automóviles, imagínate si estas cosas estuvieran deformadas.

Sin embargo, en la naturaleza, el lugar rico en simetrías, están las telarañas hechas por las arañas de la familia araneidos. Estas telas de araña tienen formas circulares casi perfectas con soportes radiales casi equidistantes que salen del medio y una espiral tejida para atrapar presas.

Hasta el momento, los científicos no están del todo seguros de por qué las arañas araneidos están tan inclinadas a la geometría, ya que las pruebas han demostrado que las redes circulares no atrapan los alimentos mejor que las redes de forma irregular.

Nosotros, como musulmanes, creemos que Dios Todopoderoso ha creado estas formas y criaturas fascinantes y sofisticadas para que las personas puedan conocerlo, amarlo y creer en Él.

Personalmente, creo que es tan difícil ver toda esa perfección y belleza en casi todos los lugares donde miramos y simplemente no preguntamos quién es capaz de crear todo esto, quién guía a estas pequeñas criaturas para que sean ingenieras, quién los dota de variedades, conocimiento y ciertamente sabiduría.

¿Cómo supieron los genes dentro de los cuerpos de las abejas que la forma hexagonal es la forma perfecta para almacenar la mayor cantidad posible de miel usando la menor cantidad de cera, mientras que otras formas, como los círculos, por ejemplo, dejarían un espacio entre las celdas? Además, los humanos solo pueden reproducir figuras hexagonales con una regla y un compás.

Incluso cuando dejamos nuestro planeta, encontramos que la simetría y los patrones matemáticos se extienden en nuestra Vía Láctea, que tiene una forma espiral especial con sus dos brazos principales: Perseo y Scutum-Centaurus.

A medida que se han recopilado más y más datos recientemente desde los bordes de nuestra galaxia, los astrónomos ahora admiten que la Vía Láctea es una imagen especular casi perfecta de sí misma.

Simetría y Física

En Matemáticas, simetría significa la invariancia de un sistema bajo acciones específicas como rotaciones y reflexiones.

Alrededor de 1915, los principios de simetría entraron en vigor con fuerza en la física cuando la matemática alemana Emmy Noether demostró un teorema llamado el “Teorema de Noether”.

Este teorema puede considerarse como uno de los principios más importantes de la física moderna, ya que tiene tremendas consecuencias en la teoría de campos, las matemáticas puras y la mecánica de partículas.

Pienso que por eso la ciencia es maravillosa, donde todo el universo puede entenderse y especularse con simples ecuaciones y pensamientos. ¿Es ese otro milagro del Creador Todopoderoso para dar a los humanos las habilidades esenciales para acercarse y analizar?

Hablemos un poco sobre el Teorema de Noether. Se puede aplicar ya sea en una pelota saltarina voladora o en un electrón en un átomo.

Si tomamos un sistema de electrones como ejemplo, comenzamos preguntando ¿cuáles son los tipos de simetrías que puede examinar el “entorno” de un electrón?

El sistema de electrones no puede cambiar con el tiempo, lo que significa que tiene invariancia en el tiempo. También puede ser invariante de movimiento de dos maneras; la invariancia traslacional y la invariancia rotacional respectivamente.

Pero, ¿qué significa la invariancia del tiempo o la invariancia traslacional?

Según el teorema de Noether, mientras el sistema del electrón sea constante con el tiempo y/o las traslaciones, la energía y/o el momento del electrón se conservan, por lo que podrían determinarse fácilmente.

Toma un profundo respiro…

Este principio tiene fórmulas matemáticas. Pero solo piénsalo; visiblemente, si un sistema es independiente del tiempo o las traslaciones, conserva todas sus propiedades, a saber, su energía (que está relacionada con el tiempo) y el impulso (que está relacionado con las coordenadas), porque no es una partícula que interactúa.

De alguna manera, eso es como estudiar el problema de la “piedra en el aire”; cuando tratas de hacer uso de la conservación de la energía de la roca a lo largo de su paso, para que puedas calcular la altura máxima a la que puede llegar la roca.

¿Qué pasa con la simetría y la geometría? ¿Alguna vez has tenido la oportunidad de notar las interesantes formas de los copos de nieve? Allí, puedes encontrar miles y miles de patrones de simetría geométrica únicos para cada una de esas pequeñas partículas de nieve.

¿Alguna vez te has quedado asombrado por los encantadores adornos y caligrafías islámicos que los musulmanes conservaron tan brillantemente en las mezquitas y los edificios?

De hecho, se trata de seguir los principios de la simetría y las actitudes geométricas que son los secretos detrás de la asombrosa belleza que vemos. Entonces, la Gloria y la Alabanza sean para Dios.

 

Fuente: About Islam

 

Acerca de Safinaz Salem

Safinaz Salem trabaja en el Departamento de Física Especial de la Facultad de Ciencias de la Universidad Al-Azhar, El Cairo, Egipto.