Annonse
09:30 - 04. desember 2018

Universets symmetri

ARGUMENTNaturen har en tendens til å gå mot kaos, samtidig er den full av symmetriske fenomener. Albert Einstein sa at det mest overraskende med naturen er at den kan forstås, men forstår vi symmetrien?

Annonse

Argument er et prisvinnende, tverrfaglig og tverrpolitisk studenttidsskrift med bred profil. Tidsskriftet består av fire seksjoner: Samfunn, tema, kultur og naturvitenskap. Vi senker terskelen for å ytre seg og gjør kunnskap underholdende. Våre redaksjoner består av studenter og unge forskere i Oslo. 

Denne artikkelen er hentet fra en av samarbeidspartnerne i Morgenbladets tidsskriftportal. Se mer fra norske tidsskrift i PORTALEN

Symmetrier er utbredt i naturen. Betrakt deg selv: du har en midtakse fra hodet til bakken med like lange ben og armer på hver side av aksen, hjernen er delt i to, ansiktet er speilvendt på hver side av aksen, og du har like mange tær i lik formasjon på hver fot. Det ytre utseende er veldig symmetrisk, selv om det ikke er helt perfekt. Det samme kan observeres i sommerfugler, snøfnugg, et blad, mønstret i sanddyner, gangen til de fleste dyr, og formen på galakser. Listen er lang. Hvorfor er symmetrien så utbredt?
Ved seksuell formering utvikles organismen fra sammensmelting av to celler: egg og spermie. Etter befruktning undergår cellen en serie celledelinger omtrent ti til tolv ganger, til 2, 4, 8, 16… celler. Den første cellen er kuleformet, men denne geometrien ødelegges etter de første celledelingene til fordel for en ny symmetri; en som skiller foran fra bak, topp fra bunn, og venstre fra høyre. Foran-bak og topp-bunn symmetrien forsvinner også fort, men embryoet beholder venstre-høyre symmetrien gjennom store deler av utviklingen.


Teorier
Som med mye annet i universet vet vi ikke sikkert hvorfor naturen i mange tilfeller er symmetrisk, men det finnes flere teorier. Tosidig symmetri med speilvendt kroppsplan ble utviklet tidlig i evolusjonen, og har muligens blitt selektert av flere grunner. Det er enklere å bevege seg med en symmetrisk form; hadde vi fra naturens side hatt et bein som er mye lengre enn det andre ville ikke
gangen vært energieffektiv. Symmetrisk kroppsform er også estetisk tiltrekkende og kan være et ledd i seksuell seleksjon. I tillegg kan det samme utviklingsmønsteret brukes to ganger; det er ikke behov for en spesifikk instruksjon for venstre siden og en for høyre, de er like, bare speilvendt.1


Gjentagende mønstre
Symmetriske mønstre er en gjenganger i naturen: prikker, striper, spiraler, farger, eller en miks av flere. Noen mønstre fungerer godt som kamuflasje, andre tiltrekker maker. Mønstrene oppstår etter instrukser fra genene. Gener kan gi instrukser for utallige former, men prikker, striper, og ulike fargemønstre ser ut til å være en standard. Ut fra disse standardene kan mange kombinasjoner oppstå. Men det er ikke bare fysiologien som er symmetrisk, oppførsel kan også resultere i mønstre. Bikaken er en av dem. Hvis du noen gang har tittet inn i en bikube vil du kunne skrive under på at en bikake er ekstremt symmetrisk. Bikakecellene er sekskantede, fylt med honning. Bikaken består av nær perfekte sekskanter plassert side ved side på rette linjer. Det som er enda mer fascinerende er at det er biene som bygger bikuben. Litt er litt setter de sammen sekskanter til en bikake med tuneller. Bier er sosiale insekter og arbeider godt sammen, men hvordan greier de å lage et såpass symmetrisk mønster? Kanskje har de fått litt hjelp fra de grunnleggende og relativt enkle reglene som universet er bygd på. 2 Et annet fascinerende symmetrifenomen er snøfnugg som nesten alltid, slik som bikakecellene, er sekskantede med enorm individuell variasjon. Krystallgitteret til isen, grunnformen som snøfnugget består av, er et heksagon. Resten av snøfnugget «vokser» ut av denne formen. Ulikhetene formes av forskjell i temperatur og fuktighet i skyene. Men været er et kaotisk system og vanskelig å forutsi nøyaktig,3 så ustabiliteter og andre fysiske prosesser kan resultere i for eksempel trekantede snøfnugg.


Verdensrommet
Naturen har mange symmetrier, det samme gjelder for verdensrommet. Matematiker Ian Stewart hevder at moderne vitenskap oppstod fordi noen så ut i verdensrommet og oppdaget mønstre. Det startet med stjerner, men etter århundrer med vitenskapelig utvikling studerer vi nå galakser flere milliarder lysår unna. Galakser har en av fire ulike former: spiralformet, elliptisk, lentikulær, eller irregulær. Spiralformet er den mest vanlige, og Melkeveien er et eksempel på en slik galakse. Ofte kan et bilde av en spiralgalakse roteres 180° og ligne på originalbildet. Et annet fenomen er vibrasjoner fra sola. Sola kan påvirkes av stjerneskjelv lignende jordskjelv. Når stjerneskjelv oppstår vibrerer sola og mønstret som observeres er geometrisk4. Flere planeter, blant annet jorda, har også geometriske trekk, ofte tilnærmet kuleformet.


Kaos
Det er et mangfold av symmetri i naturen, men alle objekter er ulike bare de studeres nærme nok. Naturen har en tendens til å gå mot kaos, i fysikken kalles dette entropi. «Kaos» i livet kan forstyrre den symmetriske utviklingen av fosteret utenfor genenes kontroll. Miljøet som moren lever i og hva hun spiser, og effekten av miljøet på morens kropp, påvirker også fosteret. Dette kan delvis forklare hvorfor det ytre utseende sjeldent er helt symmetrisk. Mild asymmetri oppstår i normal vekst og utvikling, selv etter vi er født. For eksempel har øynene litt forskjellig form og størrelse, et bryst eller en testikkel er gjerne større enn den andre, og musklene på den ene siden av kroppen er ofte sterkere enn på den andre siden fordi de fleste har en dominant side som belastes i større grad. Allikevel er den overordnede symmetrien i naturen påtagelig. Symmetri finnes også i det som ikke lever, som stein og vann. En av de minste byggeklossene i naturen, atomer, er symmetriske. Ut ifra interaksjoner mellom atomer oppstod molekyler, og senere liv, som bygger videre på de grunnleggende fysiske og kjemiske symmetriene.


Fortsatt et mysterium
Albert Einstein bemerket at det mest overraskende med naturen er at den kan forstås. Hendelsesforløpet i naturen er en konsekvens av naturlovene, men selv om lovene er relativt enkle kan de generere veldig komplekse hendelser. For eksempel kan banen til planetene i solsystemet forutsees ved bruk av lovene; naturlovene som forklarer dette er enkle, samtidig som solsystemet er komplekst5. Det samme er sant for mange fenomener i universet, men symmetrien har vi ikke forstått fullt ut. Det finnes flere teorier om hvorfor naturen og universet har symmetriske tendenser, særlig når det kommer til organismer. Men hvorfor symmetrien er så hyppig i et stadig mer kaotisk univers er det ingen som helt forstår, enda.
 

1 Stewart, Ian (2013). Symmetry: A Very Short Introduction. Oxford University Press
(Oxford, Storbritannia), s. 88-127.
2 Stewart, Ian (2017). The Beauty of Numbers In Nature: Mathematical Patterns and
Principles From the Natural World. The MIT Press (Cambridge, USA), s. 8-27, 208.
3 Stewart, Ibid.
4 Ibid.,
5 Stewart, 2013

Du har nå lest en gratis smakebit fra Morgenbladet. Vil du ha mer godt lesestoff? Bli abonnent
Annonse

Mer fra Portalen

PROSA: Vil du slå igjennom som sakprosaforfatter i Tyskland, satser du på dette.

ARGUMENTNaturen kan forstås, men forstår vi symmetrien?

PERISKOP: Bruker kunsten til å skape bevissthet og engasjement rundt miljøkrisen.

OBJEKTIV: What does it mean to ask if an art exhibition worked or not? 

DOYENNES: Fredag spilte Emilie Nicolas i Oslo, fire år etter forrige konsert.