10 beaux exemples de symétrie dans la nature

Pendant des siècles, la symétrie est restée un sujet qui a fasciné les philosophes, les astronomes, les mathématiciens, les artistes, les architectes et les physiciens. Les anciens Grecs étaient carrément obsédés par cela - et aujourd'hui encore, nous avons tendance à privilégier la symétrie dans tous les domaines, de la planification de la disposition de nos meubles à la mise en plis de nos cheveux.

Personne ne sait vraiment pourquoi c'est une propriété si présente, ni pourquoi les mathématiques qui la sous-tendent semblent imprégner tout ce qui nous entoure - mais les dix exemples ci-dessous prouvent qu'elle est bien présente.

Juste être prévenu: une fois que vous en êtes conscient, vous aurez probablement un besoin incontrôlable de rechercher la symétrie dans tout ce que vous voyez.

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Brocolis Romanesco

Vous avez peut-être croisé du brocoli romanesco à l’épicerie et présumé, en raison de son apparence inhabituelle, qu’il s’agissait d’un type d’aliment génétiquement modifié. Mais ce n’est en fait qu’un des nombreux cas de symétrie fractale dans la nature, même s’il est frappant.

En géométrie, une fractale est un motif complexe dans lequel chaque partie d'une chose a le même motif géométrique que l'ensemble. Ainsi, avec le brocoli romanseco, chaque fleur présente la même spirale logarithmique que la tête entière (à peine miniaturisée). Essentiellement, le légume entier est une grande spirale composée de boutons plus petits, en forme de cône, qui sont aussi des mini-spirales.

Incidemment, romanesco est apparenté au brocoli et au chou-fleur; bien que son goût et sa consistance ressemblent davantage au chou-fleur. Il est également riche en caroténoïdes et en vitamines C et K, ce qui en fait un ajout sain et mathématique à nos repas.

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Nid d'abeille

Les abeilles sont non seulement des producteurs stellaires de miel, mais il semble aussi avoir un talent pour la géométrie. Pendant des milliers d'années, les humains se sont émerveillés devant les figures hexagonales parfaites dans les nids d'abeilles et se demandaient comment les abeilles pouvaient instinctivement créer une forme que les humains ne peuvent reproduire qu'avec une règle et une boussole. Le nid d'abeille est un cas de symétrie du papier peint, dans lequel un motif répété recouvre un plan (par exemple, un carrelage ou une mosaïque).

Pourquoi et comment les abeilles ont-elles envie d'hexagones? Les mathématiciens estiment que c'est la forme idéale pour permettre aux abeilles de stocker la plus grande quantité possible de miel tout en utilisant le moins de cire. D'autres formes, comme les cercles par exemple, laisseraient un espace entre les cellules car elles ne s'emboîtent pas exactement.

D'autres observateurs, qui ont moins confiance dans l'ingéniosité des abeilles, pensent que les hexagones se forment par «accident». En d'autres termes, les abeilles font simplement des cellules circulaires et la cire s'effondre naturellement sous la forme d'un hexagone. Quoi qu'il en soit, tout est un produit de la nature - et c'est sacrément impressionnant.

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Tournesols

Les tournesols présentent une symétrie radiale et un type intéressant de symétrie numérique appelé séquence de Fibonacci. La séquence de Fibonacci est 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 24, 55, 89, 144, etc. (chaque nombre est déterminé en additionnant les deux nombres précédents).

Si nous prenions le temps de compter le nombre de spirales de graines dans un tournesol, nous constaterions que la quantité de spirales correspond à un nombre de Fibonacci. En fait, un grand nombre de plantes (dont le brocoli romanesco) produisent des pétales, des feuilles et des graines selon la séquence de Fibonacci, ce qui explique pourquoi il est si difficile de trouver un trèfle à quatre feuilles.

Compter les spirales sur les tournesols peut être difficile, donc si vous voulez tester ce principe vous-même, essayez de les compter sur des choses plus importantes comme les pommes de pin, les ananas et les artichauts.

Mais pourquoi les tournesols et autres plantes respectent-ils les règles mathématiques? Comme les motifs hexagonaux dans une ruche, tout est une question d'efficacité. Pour ne pas être trop technique, il suffit de dire qu'un tournesol peut contenir le plus de graines possible si chaque graine est séparée par un angle qui est un nombre irrationnel.

Il s’avère que le nombre le plus irrationnel est ce que l’on appelle le nombre d’or, ou Phi, et il se trouve que si nous divisons un nombre de Fibonacci ou de Lucas par le nombre précédent dans l’ordre, nous obtenons un nombre proche de Phi (1.618033988749895 …) Ainsi, pour toute plante suivant la séquence de Fibonacci, il devrait y avoir un angle qui correspond à Phi («l'angle d'or») entre chaque graine, feuille, pétale ou branche.

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Coquillage

En plus des plantes, certains animaux, comme le nautile, présentent des nombres de Fibonacci. Par exemple, la coquille d'un nautile est cultivée dans une «spirale de Fibonacci». Cette spirale résulte de la tentative de la coquille de conserver la même forme proportionnelle à mesure qu'elle se développe vers l'extérieur. Dans le cas du nautile, ce schéma de croissance lui permet de conserver la même forme tout au long de sa vie (contrairement aux humains, dont les corps changent de proportion avec l’âge).

Comme souvent, il existe des exceptions à la règle, de sorte que chaque coquille de nautile ne crée pas une spirale de Fibonacci. Mais ils adhèrent tous à une sorte de spirale logarithmique. Et avant de commencer à penser que ces céphalopodes auraient pu vous donner un coup de pied en classe de mathématiques, rappelez-vous qu’ils ne sont pas conscients de la croissance de leurs coquilles et bénéficient simplement d’une conception évolutive qui permet au mollusque de se développer sans changer de forme.

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Animaux

La plupart des animaux ont une symétrie bilatérale, ce qui signifie qu'ils peuvent être divisés en deux moitiés identiques, s'ils sont également répartis le long d'une ligne médiane. Même les humains possèdent une symétrie bilatérale, et certains scientifiques pensent que la symétrie d'une personne est le facteur le plus important pour déterminer si elle est physiquement belle ou non. En d'autres termes, si vous avez un visage déséquilibré, vous feriez mieux d'espérer avoir beaucoup d'autres qualités qui vous rachètent.

On pourrait considérer qu'un animal a poussé trop loin tout le processus de symétrie visant à attirer un partenaire; et cet animal est le paon.Darwin était carrément vexé par l'oiseau et écrivait dans une lettre de 1860: «La vue d'une plume dans la queue d'un paon, chaque fois que je la regarde, me rend malade!

Pour Darwin, la queue semblait lourde et n'avait aucun sens sur l'évolution, car elle ne correspondait pas à sa théorie de la «survie du plus apte». Il est resté furieux jusqu'à ce qu'il élabore la théorie de la sélection sexuelle, qui affirme que les animaux développent certaines caractéristiques pour augmenter leurs chances d'accouplement. Apparemment, les paons ont la sélection sexuelle bas sur le fond, car ils portent une variété d'adaptations pour attirer les dames, y compris des couleurs vives, une grande taille et une symétrie dans la forme de leur corps et dans les modèles répétés de leurs plumes.

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Toiles d'araignée

Il existe environ 5 000 types d'araignées orb, et tous créent des toiles circulaires presque parfaites avec des supports radiaux presque équidistants sortant du milieu et une spirale tissée pour attraper une proie. Les scientifiques ne savent pas très bien pourquoi les araignées sont si inclinées sur la géométrie, car des tests ont montré que les toiles d'orbed ne piègent pas mieux la nourriture que les toiles de forme irrégulière.

Certains scientifiques partent du principe que les toiles d'orbe sont conçues pour la solidité et que la symétrie radiale permet de répartir uniformément la force de l'impact lorsque la proie frappe la toile, réduisant ainsi le risque de déchirure du fil. Mais la question demeure: s'il s'agit vraiment d'une meilleure conception Web, pourquoi toutes les araignées ne l'utilisent-elles pas? Certaines araignées non-orbes semblent avoir la capacité, et ne semblent tout simplement pas être dérangées.

Par exemple, une araignée récemment découverte au Pérou construit les pièces individuelles de sa toile exactement de la même taille et de la même longueur (prouvant ainsi sa capacité à «mesurer»), mais elle claque alors toutes ces pièces de taille égale dans une toile au hasard sans aucune régularité. en forme. Ces araignées péruviennes savent-elles quelque chose que les araignées-orbes ignorent ou n'ont-elles pas découvert l'intérêt de la symétrie?

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Cercles de culture

Donnez à quelques canulars une planche, une ficelle et un manteau de ténèbres, et il s’avère que les gens savent très bien créer des formes symétriques. En fait, c’est en raison des incroyables symétries et complexités de conception des crop circles que, même après que les faiseurs de crop circles humains se sont manifestés et ont démontré leurs compétences, de nombreuses personnes croient encore que seuls les extraterrestres sont capables de réaliser un tel exploit.

Il est possible qu'il y ait eu un mélange de crop circles humains et extraterrestres sur Terre. Pourtant, l'un des plus grands indices selon lesquels ils sont tous fabriqués par l'homme est qu'ils deviennent de plus en plus compliqués. C'est contre-intuitif de penser que les extraterrestres rendraient leurs messages plus difficiles à déchiffrer, alors que nous ne comprenions même pas les premiers. Il est un peu plus probable que les gens apprennent les uns des autres par l'exemple et rendent progressivement leurs cercles plus impliqués.

Peu importe d'où ils viennent, les crop circles sont cool à regarder, principalement parce qu'ils sont si impressionnants sur le plan géométrique. Le physicien Richard Taylor a mené une étude sur les crop circles et découvert - outre le fait qu’il en est créé environ une sur Terre chaque nuit - que la plupart des conceptions présentent une grande variété de schémas de symétrie et de mathématiques, notamment des fractales et des spirales de Fibonacci.

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Flocons de neige

Même quelque chose d'aussi petit qu'un flocon de neige est régi par les lois de l'ordre, car la plupart des flocons de neige présentent une symétrie radiale six fois avec des motifs élaborés et identiques sur chacun de ses bras. Comprendre pourquoi les plantes et les animaux optent pour la symétrie est assez dur pour envelopper nos cerveaux, mais les objets inanimés - comment ont-ils trouvé une solution?

Apparemment, tout se résume à la chimie; et plus précisément, comment les molécules d’eau s’organisent lorsqu’elles se solidifient (se cristallisent). Les molécules d'eau se transforment en un état solide en formant des liaisons hydrogène faibles les unes avec les autres. Ces liaisons s’alignent dans un arrangement ordonné qui maximise les forces attractives et réduit les forces répulsives, ce qui forme la forme hexagonale globale du flocon de neige. Mais comme nous le savons tous, il n’existe pas deux flocons de neige identiques. Comment se fait-il qu’un flocon de neige soit complètement symétrique par rapport à lui-même, alors qu’il ne correspond à aucun autre flocon de neige?

Bien, chaque flocon de neige descendant du ciel, il fait l'expérience de conditions atmosphériques uniques, telles que l'humidité et la température, qui affectent la façon dont les cristaux se développent sur le flocon. Tous les bras du flocon traversent les mêmes conditions et se cristallisent par conséquent dans le même manière - chaque bras est une copie exacte de l’autre. Aucun flocon de neige n'a exactement la même expérience et, par conséquent, ils se ressemblent tous légèrement.

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Voie lactée

Comme nous l'avons vu, la symétrie et les schémas mathématiques existent presque partout où nous regardons - mais ces lois de la nature sont-elles limitées à notre seule planète? Apparemment non. Ayant récemment découvert une nouvelle section sur les bords de la galaxie de la Voie lactée, les astronomes croient maintenant que la galaxie est une image miroir presque parfaite d'elle-même. Sur la base de cette nouvelle information, les scientifiques sont plus confiants dans leur théorie selon laquelle la galaxie ne comporte que deux bras principaux: le Perseus et le Scutum-Centaurus.

En plus de présenter une symétrie miroir, la Voie lactée a une autre conception incroyable, semblable aux coquilles de nautile et de tournesol, dans laquelle chaque «bras» de la galaxie représente une spirale logarithmique commençant au centre de la galaxie et s'étendant vers l'extérieur.

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Symétrie Soleil-Lune

Avec un diamètre solaire de 1,4 million de kilomètres et une lune de seulement 3 474 kilomètres, il semble presque impossible que la lune puisse bloquer la lumière du soleil et nous donner environ cinq éclipses solaires tous les deux ans.

Comment ça se passe? Par coïncidence, bien que la largeur du soleil soit environ quatre cents fois supérieure à celle de la lune, il est également environ quatre cents fois plus éloigné. La symétrie de ce rapport fait que le soleil et la lune apparaissent presque de la même taille quand ils sont vus de la Terre et permettent donc à la lune de bloquer le soleil lorsque les deux sont alignés.

Bien entendu, la distance de la Terre par rapport au soleil peut augmenter pendant son orbite. Lorsqu'une éclipse se produit pendant ce temps, nous voyons une éclipse annulaire ou annulaire, car le soleil n'est pas entièrement masqué. Mais tous les deux ans, tout est en alignement précis et nous pouvons assister à cet événement spectaculaire appelé éclipse solaire totale.

Les astronomes ne savent pas à quel point cette symétrie est commune aux autres planètes, soleils et lunes, mais ils pensent que c'est assez rare. Malgré tout, nous ne devrions pas supposer que nous sommes particulièrement spéciaux, puisque tout semble être une question de hasard. Par exemple, chaque année, la lune se sépare de quatre centimètres environ de la Terre, ce qui signifie qu'il y a des milliards d'années, chaque éclipse solaire aurait été une éclipse totale.

Si les choses continuent comme elles sont, les éclipses totales finiront par disparaître, ce qui sera suivi de la disparition des éclipses annulaires (si la planète dure aussi longtemps). Il semble donc que nous sommes simplement au bon endroit au bon moment pour assister à ce phénomène. Ou sommes nous? Certains pensent que cette symétrie soleil-lune est le facteur spécial qui rend notre vie sur Terre possible.