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¡Simetría! en la Naturaleza

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Naturaleza misteriosa    ~    Comentarios Comments (4)

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También la imagen especular de la montaña en el lago es simétrica

 

Todos sabemos que la materia en nuestro Universo adopta muchas formas distintas: Galaxias de estrellas y mundos que, en alguna ocasión, pueden incluso tener seres vivos y algunos han podido evolucionar hasta adquirir la consciencia. Sin embargo, no me quería referir ahora a eso que es bien sabido por todos, sino que, trato de pararme un poco sobre una curiosa propiedad que la materia tiene en algunas ocasiones y que, la Naturaleza se empeña en repetir una y otra vez: ¡La Simetría!

Las Galaxias espirales, la redondez de los mundos, las estrellas del cielo, los árboles y las montañas, los ríos y los océanos, las especies animales (incluída la nuestra) que, se repiten una y otra vez y, en general, salvando particularidades, todas repiten un patrón de simetría.

Recuerdo aquí aquel pensamiento de Paul Valery en el que nos decía:

“El Universo está construído según un plan

cuya profunda simetría está presente de algún

modo en la estructura interna de nuestro intelecto.”

                                La Naturaleza está llena de simetrías

La simetría es una propiedad universal tanto en la vida corriente, desde un punto de vista matemático como desde el quehacer de la Física Teórica. En realidad, lo que observamos en la vida corriente es siempre lo repetitivo, lo simétrico, lo que se puede relacionar entre sí por tener algo común.

En un sentido dinámico, la simetría podemos entenderla como lo que se repite, lo reiterativo, lo que tiende a ser igual. Es decir, los objetos que, por mantener la misma geometría, son representativos de otros objetos. En el Caos matemático encontramos esta concepción de la simetría en el mundo los fractales. Sin embargo, la simetría es mucho más. Hay distintas maneras de expresarla: “Conjunto de invariancias de un sistema”, podría ser una de ellas. Al aplicar una transformación de simetría sobre un sistema, el sistema queda inalterado, la simetría es estudiada matemáticamente usando teoría de grupos. Algunas de las simetrías son directamente físicas. Algunos ejemplos son las reflexiones y las rotaciones en las moléculas y las translaciones en las redes cristalinas.

Los físicos teóricos también se guían en su trabajo por preocupaciones estéticas tanto como racionales. Poincaré escribió: “Para hacer ciencia, es necesario algo más que la pura lógica”. Él identificó ese elemento adicional como la intuición, que supone “el sentido de la belleza matemática”. Heisenberg hablaba de “la simplicidad y belleza de los esquemas matemáticos que la Naturaleza nos presenta”.

Los físicos creen también que están en el camino correcto porque, de algún modo que no pueden explicar, tienen la convicción de que son correctas, y las ideas de simetría son esenciales para esa intuición. Se presiente que es correcto que ningún lugar del Universo es especial comparado con cualquier otro lugar del Universo, así que los físicos tienen la confianza de que la simetría de traslación debería estar entre las simetrías de las leyes de la Naturaleza. Se presiente que es correcto que ningún movimiento a velocidad constante es especial comparado con cualquier otro. De modo que los físicos tienen confianza en que la relatividad especial, al abrazar plenamente la simetría entre todos los observadores con velocidad constante, es una parte esencial de las leyes de la Naturaleza.

Dirac nos hablaba de ecuaciones bellas. La estética es, evidentemente, subjetiva, y la afirmación de que los físicos buscan la belleza en sus teorías tiene sentido sólo si podemos definir la belleza. Afortunadqamente, esto se puede hacer, en cierta medida, pues la estética científica está iluminada por el sol central de la simetría.

La simetría es un concepto venerable y en modo alguno inescrutable y no podemos negar que tiene muchas implicaciones en la Ciencia, en las Artes y sobre todo, ¡en la Naturaleza! que de manera constante nos habla de ella. Miremos hacia donde miremos…¡allí está!

El físico chino-norteamericano Chen Ning Yang ganó el Nóbel de Física por su trabajo en el desarrollo de una teoría de campos basada en la simetría y, aún afirmaba: “No comprendemos todavía el alcance del concepto de simetría”. Es lógico pensar que, si la Naturaleza emplea la simetría en sus obras, la razón debe estar implicada con la eficacia de los sistemas simétricos.

En griego, la palabra simetría significa “la misma medida” (syn significa “juntos”, como en sinfonía, una unión de sonidos, y metrón, “medición”); así su etimología nos informa que la simetría supone la repetición de una cantidad medible. Pero la simetría para los griegos, también significaba la “la debida proporción”, lo que implicaba que la repetición involucrada debía ser armoniosa y placentera, como de hecho, resultan ser en las imágenes que arriba contemplamos. Asi, la Naturaleza nos está indicando que una relación simétrica debe ser juzgada por un criterio estético superior.

Arte humo simétrica Foto de archivo - 8808585

                                           Humo simétrico

Muchos de nosotros, la mayoría, conocimos la simetría en sus manifestaciones geométricas de aquellas primeras clases en la Escuela Elemental, más tarde en el arte y, finalmente, la pudimos percibir en la Naturaleza, en el Universo y en nosotros mismos que, de alguna manera, somos parte de ese Universo de simetría.

Los planetas son esféricos y, por ejemplo, tienen simetría de rotación. Lo que quiere indicar es que poseen una característica -en este caso, su perfil circular- que permanece invariante en la transformación producida cuando la Natuiraleza los hace rotar. Las esferas pueden Hacerse rotar en cualquier eje y en cualquier grado sin que cambie su perfil, lo cual hace que sea más simétrica.

 

 

La clave de la belleza está en la simetría

La simetría por rotación se encuentra en los pétalos de una flor o en los tentáculos de una medusa: aunque sus cuerpos roten, permanecen iguales. La simetría bilateral que hace que los lados derecho e izquierdo sean iguales y se presenta en casi todos los animales, incluido nosotros. Pero es uniendo estos aspectos cuando se obtienen figuras realmente armoniosas. Si se trata de desplazamiento y rotación en un  mismo plano hablamos de una espiral, mientras que en el espacio sería una hélice, aunque ambas se encuentran por todas partes en la naturaleza.

Las simetrías se generan mediante las fuerzas que actúan sobre los cuerpos, descritas por leyes rigurosas e inequívocas, como una fórmula matemática y dependen de la existencia de fuerzas distintas que actúan en diversas  direcciones. Si éstas permanecen en equilibrio, no hay preferencia alguna hacia arriba o abajo, a la derecha o a la izquierda, y los cuerpos tenderán a ser perfectamente esféricos, como suele ocurrir en el caso de virus y bacterias, las estrellas y los mundos… las galaxias. Además, cuando el aspecto no es el de una esfera perfecta, la Naturaleza hará todo lo posible para hacercarse a esta forma.

¿Sería posible que la simetría material tuviera un paralelismo en la abstracción intelectual que son las leyes físicas? Desde luego hace falta un esfuerzo mental considerable para pasar de lo material a lo intelectual, pero cuando se profundiza en ellla, la conexión aparece. En la naturaleza existen muchas cosas que nos pueden llevar a pensar en lo complejo que puede llegar a resultar entender cosas que, a primera vista, parecían sencillas.

Me explico:

Fijémonos, por ejemplo, en una Flor de Girasol y en las matemáticas que sus semillas conllevan. Forman una serie de números en la que cada cifra es la suma de las dos precedentes (por ejemplo 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233…) se denomina, en términos matemáticos, sucesión de Fibonacci, una ley que se cumple incluso en el mundo vegetal, como hemos podido comprobar en las semillas del girasol, dispuestas en espiral y que respetan ésta fórmula. La podemos ver por todas partes.

En el mundo inorgánico las leyes de la cristalización del agua congelada, determinadas por las fuerzas que actúan entre las moléculas, hacen que los cristales adopten formas que son infinitas y varían con respecto a un tema común: la estrella de seis puntas. Sin embargo, los planetas son esféricos porque han nacido en la nube primordial que rodeaba al Sol, atrayendo materia indeferentemente de todas partes.

Claro que, en la Naturaleza, nada ocurre porque sí, todo tiene su por qué, y, todo lo que en ella podemos contemplar posee una funcionalidad que está directamente relacionada con su mecánica, con el medio en el que habita, con lo que el Universo espera que haga en su medio y, para ello, dota a cada figura con aquellos “trajes” que mejor les permita realizar aquello para lo que están destinados.

Vamos a generalizar un paso más el concepto de simetría, planteándonos ahora si es posible que una ley física se cumpla en cualquier lugar. ¿En cualquier lugar… de dónde?, ¿de nuestra ciudad?, ¿de nuestro planeta? No: del universo. Una ley que fuera válida en cualquier lugar del universo sería una ley simétrica respecto al espacio. Se cumpliría dondequiera que se hiciese un experimento para comprobarla.

Fíjense que nuestra idea de simetría se va haciendo más compleja y más profunda. Ahora no nos detenemos en ver si la forma material de un objeto es simétrica, ni de si la escritura de una fórmula matemática es simétrica. Ahora nos preguntamos si una ley física es válida en todo el Universo.

La otra simetría interesante para una ley física es la que se refiere al tiempo. Cierta ley física se cumple ahora; ¿antes también?, ¿se cumplirá pasado algún tiempo? Una ley que fuera cierta en cualquier instante de la historia del universo sería una ley simétrica respecto al tiempo.

Monografias.com

Lo que ahora nos preguntamos es: ¿son simétricas o no las leyes de la física?

Hasta donde alcanzan nuestras medidas, las leyes físicas (y, por tanto, la interacción gravitatoria) sí son simétricas respecto al espacio y respecto al tiempo. En cualquier lugar y momento temporal del universo, la Naturaleza se comporta igual que aquí y ahora en lo que se refiere a estas leyes.

Esta simetría es un arma muy poderosa para investigar hacia el pasado y hacia el futuro, ya que nos permite suponer (y, en la medida en que confiemos en la seguridad de la simetría,conocer) condiciones locales donde jamás podremos llegar por la distancia espacial y temporal que nos separa de muchas partes del universo. Así, por ejemplo, gracias a esta simetría, podemos calcular que el Sol lleva 5.000 millones de años produciendo energía y que le quedan, probablemente, otros 5.000 millones hasta que consuma toda su masa. Esto lo podemos aventurar suponiendo que en ese enorme tramo de 5.000 + 5.000 = 10.000 millones de años las leyes físicas que determinan los procesos mediante los cuales el Sol consume su propia masa como combustible (las reacciones nucleares que le permiten producir energía), fueron, son y serán las mismas aquí en el Brazo de orión donde nos encontramos como en los arrabales de la Galaxia Andrómeda donde luce una estrella como nuestro Sol que, también envía luz y calor a sus planetas circundantes, y, por muy lejos que podamos mirar, siempre veremos lo mismo.

 

 

Por tanto, en cierto modo, la simetría se vuelve tan importante o más que la propia ley física.

 

La regularidad de las formas de la Naturaleza se refleja incluso en la cultura humana, que desde siempre intenta inspirarse en el mundo natural para conformar su propio mundo. Existen hélices en las escaleras de palacios, castillos y minaretes y en las decoraciones de esculturas y columnas. Las espirales abundan en los vasos, en los bajorrelieves, en los cuadros,  en las esculturas en los collares egipcios, griegos, celtas, precoolombinos e hindúes e, incluso, en los tatuajes con los que los maoríes neozelandeses se decoran el rostro.

La búsqueda de la perfección geométtrica y de las propiedades matemáticas pueden ser también una guía importante en el estudio científico del mundo. Paul Dirac, una de los padres de la moderna mecánica cuántica, solía decir que “si una teoría es bella desde el punto de vista matemático, muy probablemente es también verdadera”.

 

A todo esto, no debemos olvidar que todo, sin excepción, en nuestro Universo, está sometido a la Entropía que nos trae el paso inexorable de eso que llamamos “Tiempo”, y que, convierte perfectas simetrias de joven belleza, en deteriorados objetos o entidades que, nos viene a recordar que nada es perpetuo, que todo pasa y se transforma. Claro que, de alguna manera, todo vuelve a resurgir.

Un dolor que llevo dentro de mí es el no poder contemplar la verdadera belleza que  estándo presente en los seres vivos inteligentes, en la mayoría de los casos, se nos queda oculta a nuestra percepción, toda vez que esa clase de belleza, que no podemos ver pero sí percibir, sólo la podemos captar con el trato y la convivencia y, verdaderamente, tengo que admitir que, algunas bellezas que he tenido la suerte de poder “ver con los ojos del espíritu”, llegan a ser segadoras, deslumbrantes, su explendor es muy superior al de la estrella más brillante del cielo, y,  seguramente (estoy seguro) como a muchos de ustedes les pasa, tengo la suerte de tenerla junto a mí desde hace muchos años. y, si pienso en ello en profundidad y detenimiento, no tengo más tremedio que concluir que es ese brillo y esplendor el que me da la fuerza para seguir cada dia en la dura lucha que nos ha tocado participar.

¡Sí que es importante la Belleza! Dirac tenía toda la razón. Y, no digamos la Simetría que undican con el dedo de la Naturaleza el camino a seguir a muchos físicos que quieren desvelar sus secretos.

emilio silvera

 

 

  1. 1
    JOAN CLUSELLA
    el 29 de noviembre del 2012 a las 22:22

    Emilio, ya no se que decirte. IMPRESIONANTE y el nivel INSUPERABLE…..
    Saludos.
    Reus (Tarragona) 

    Responder
    • 1.1
      emilio silvera
      el 30 de noviembre del 2012 a las 5:40

      Estimado amigo, gusto de “verte” por aquí. Por lo demás, sólo tratamos de ingagar en la naturaleza de las cosas y, no siempre lo conseguimos, ya que, como dice Zephyros más abajo (en referencia a palabras de Einstein), todos somos ignorantes…de alguna manera.
      Seguiremos tratando de saber y, aunque nunca lo podamos conseguir…del todo, algunas cosas sí que se van volviéndo más diáfanas y, como el universo antes opaco, se vuelven ante nosotros transparentes y reconocibles en sus comportamiento antes misteriosos.
      Un saludo cordial.

      Responder
  2. 2
    Zephyros
    el 30 de noviembre del 2012 a las 3:22

    Dos grandes preguntas sobre la simetría, bueno, más bien asimetría:

    - ¿Por qué hubo asimetría en la formación de la materia en los primeros momentos del Big Bang? o de otra forma, ¿por qué la materia ordinaria se impuso y hay más materia que antimateria?

    - ¿la Física es simétrica respecto del tiempo? o de otra forma también: ¿existe la simetría temporal?

    Es curioso que una argumento tan potente y que tan buenos resultados ha dado (aplicar simetría a las Leyes Físicas) resulta que no nos alumbra el camino para resolver estas dos cuestiones.

    Respecto la primera, siendo yo partidario de la Simetría, no descartaría que se crearan dos universos en un Big Bang, o que sea general que los universos se creen por parejas en los cuales predomina en uno materia y en otro antimateria respectivamente. Siendo el balance global nulo. Aunque la energía no hay forma de balancearla para reducirla a la NADA, O sí…

    Respecto la segunda, el tiempo y el concepto de entropía avanzan en un sentido. Se ha estado barajando mucho sobre que a nivel se físicas de partículas el tiempo es simétrico. Ahora parece que hay estudios y algún que otro experimento donde demuestran que esta simetría no es tal. Es decir, han demostrado por primera vez la ruptura de la simetría temporal. Esto que casi nadie lo sabe me parece de gran importancia, claro que casi nadie sabía lo de la simetría temporal, así que …

    En ambos casos acabo con puntos suspensivos :D

    Como decía Eistein: “todos somos ignorantes, pero no todos ignoramos las mismas cosas”

    Me declaro ignorante insolvente de conocimiento, seguiremos pensando no obstante, lo mismo conseguimos algún día llegar a resolver o creer resolver algo.

    Saludos!
     

    Responder
    • 2.1
      emilio silvera
      el 30 de noviembre del 2012 a las 6:14

      Estimado amigo mío:
      Haces dos preguntas que tu mismo tratas de contestar y, como muchos antes, te quedas en el camino de las dudas y los interrogantes de los que solo puedes salir mediante las conjeturas, también como todos los demás que te antecedieron en querer despejar esos enigmas.
      De todas las maneras y como siempre, dejas en el aire interesantes cuestiones con las que mucha gente están batallando y tratando de comprender, desvelando esos misteriosos secretos que, hasta el momento, nadie ha podido desvelar.
      ¿La razón de materia-antimateria y el predominio de la primera?
      ¿Si existe la simetría temporal?
      Está claro que ninguna de esas preguntas han sido contestadas aún pero, en relación a la primera y, pensando que todo en el Universo es el equilibrio entre dos fuerzas contrapuestas que se equilibran, yo me quedaría con tu idea de los dos univeros, uno de materia y de antimateria el otro, así, todo parece equilibrarse y el Zephyros de antimateria estará allí, en el otro universo, haciendo ¡estas preguntitas inocentes!
      Hasta los libros especializados y diccionarios, cuando llegan a este punto, se salen por la tangente de la más grande ignorancia y dicen cosas como éstas: “Parece que el universo está formado mayoritariamente por materia (ordinaria) y la explicación de la ausencia de grandes cantidades de antimateria debe ser incorporada en modelos cosmológicos que requieren el uso de teorías de gran unificación de las partículas elementales”.
      ¡Qué cosas!
      En cuanto a lo que respecta a la simetría temporal, la cuestión es mucho más fácil aún: ¡No tenemos ni la más remota idea! Como bien apuntas, los investigadores no dejan de hacer su trabajo y, de vez en cuando, aparecen noticias sueltas como esta:
      “Una investigación liderada por el Instituto de Física Corpuscular, centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad de Valencia, ha obtenido evidencias de la ruptura de la simetría en el tiempo en las leyes de la Física.”
      Siguen con algunas especulaciones que hemos oido infinidad de veces y finalizan para decir:
       
      “El tiempo tiene una dirección preferente

      “La ruptura de la simetría temporal o simetría T en física de partículas está relacionada con la asimetría CP existente entre materia y antimateria, necesaria para generar el universo actual de materia en algún momento de su historia. La simetría C afirma que, sabiendo que a cada partícula de la naturaleza le corresponde una antipartícula con carga opuesta, las leyes de la física serían las mismas al intercambiar las partículas con carga positiva con las de carga negativa”. 
      También existe la simetría P, que señala que las leyes de la física permanecerían inalteradas bajo inversiones especulares, es decir, el universo se comportaría igual que su imagen en un espejo.
      Estas dos simetrías combinadas dan lugar a la simetría cargaparidad o simetría CP. En experimentos previos con partículas conocidas como mesones K y B, se observó que no se cumplía la simetría CP. El teorema CPT indica que, para cualquier sistema de partículas, las simetrías deben mantenerse equilibradas, es decir, si la simetría CP no se cumple, la simetría T tampoco.”
      Como verás, todos dan vueltas alrededor de lo mismo…¡como nosotros!
      Un abrazo amigo.

       

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