Τα φυσικά γεωμετρικά μοτίβα ή μοτίβα εμφανίζονται ως επαναλαμβανόμενα σχήματα που μερικές φορές μπορούν να περιγραφούν ή να αναπαρασταθούν από μαθηματικά μοντέλα.
Η γεωμετρία στη φύση και τη ζωή έχει πολλά σχήματα και μορφές, όπως συμμετρία, σπείρες ή κύματα.
Ιστορία
Για πρώτη φορά, αρχαίοι Έλληνες φιλόσοφοι και επιστήμονες - ο Πυθαγόρας, ο Εμπεδοκλής και ο Πλάτωνας - έθεσαν ερωτήματα γεωμετρίας στη φύση. Αναλύοντας παραδείγματα προβλέψιμων ή ιδανικών γεωμετρικών σχημάτων σε φυτά και ζώα, προσπάθησαν να δείξουν τάξη και συμμετρία στη φύση.
Οι σύγχρονες προσπάθειες μελέτης της γεωμετρίας στη φύση ξεκίνησαν τον 19ο αιώνα με τις προσπάθειες του Βέλγου φυσικού Joseph Plateau, ο οποίος ανέπτυξε την έννοια της ελάχιστης επιφάνειας μιας σαπουνόφουσκας. Οι πρώτες σύγχρονες προσπάθειες επικεντρώθηκαν αρχικά στην επίδειξη ιδανικών και προβλέψιμων γεωμετρικών σχημάτων και στη συνέχεια στράφηκαν στην ανάπτυξη μοντέλων που προβλέπουν την εμφάνιση και την εκδήλωση της γεωμετρίας στη φύση.
Τον 20ο αιώνα, ο μαθηματικός Άλαν Τούρινγκ εργάστηκε στους μηχανισμούς της μορφογένεσης, που εξηγεί την εμφάνιση στα ζώαδιάφορα σχέδια, ρίγες, κηλίδες. Λίγο αργότερα, ο βιολόγος Aristide Lindenmeier, μαζί με τον μαθηματικό Benoit Mandelbrot, θα ολοκληρώσουν την εργασία σε μαθηματικά φράκταλ που επαναλάμβαναν τα μοτίβα ανάπτυξης ορισμένων φυτών, συμπεριλαμβανομένων των δέντρων.
Επιστήμη
Οι σύγχρονες επιστήμες (μαθηματικά, φυσική και χημεία), με τη βοήθεια τεχνολογιών και μοντέλων, προσπαθούν όχι μόνο να εξηγήσουν, αλλά και να προβλέψουν τα γεωμετρικά μοτίβα που βρίσκονται στη φύση.
Το σχήμα και το χρώμα πολλών ζωντανών οργανισμών, όπως το παγώνι, τα κολίβρια και τα κοχύλια της θάλασσας, δεν είναι μόνο όμορφα, αλλά και γεωμετρικά σωστά, γεγονός που προσελκύει την περιέργεια των επιστημόνων. Η ομορφιά που παρατηρούμε στη φύση μπορεί να προκληθεί φυσικά, μαθηματικά.
Τα παρατηρούμενα φυσικά μοτίβα στα μαθηματικά εξηγούνται από τη θεωρία του χάους, η οποία λειτουργεί με σπείρες και φράκταλ. Τέτοια μοτίβα υπακούουν στους νόμους της φυσικής, επιπλέον, η φυσική και η χημεία, χρησιμοποιώντας αφηρημένα μαθηματικά, προβλέπουν τα σχήματα των κρυστάλλων, τόσο φυσικών όσο και τεχνητών.
Η βιολογία εξηγεί τη γεωμετρία στη φύση με τη φυσική επιλογή, όπου τέτοια κανονικά χαρακτηριστικά όπως ρίγες, κηλίδες, φωτεινά χρώματα μπορούν να εξηγηθούν από την ανάγκη για κάλυψη ή αποστολή σημάτων.
Τύποι μοτίβων
Στη φύση, υπάρχουν πολλά επαναλαμβανόμενα μοτίβα που εμφανίζονται σε διάφορα γεωμετρικά σχήματα. Τύποι βασικών κανονικοτήτων της γεωμετρίας στη φύση, φωτογραφίες και τις περιγραφές τους μπορείτε να βρείτε παρακάτω.
Συμμετρία. Αυτό το γεωμετρικό σχήμα είναι ένα από τα πιο κοινά στη φύση. Συνηθέστερα στα ζώασυμμετρία καθρέφτη - πεταλούδες, σκαθάρια, τίγρεις, κουκουβάγιες. Βρίσκεται επίσης σε φυτά, όπως φύλλα σφενδάμου ή άνθη ορχιδέας. Επιπλέον, η συμμετρική γεωμετρία στη φύση μπορεί να είναι ακτινωτή, πέντε ακτίνων ή έξι φορές, όπως οι νιφάδες χιονιού.
Φράκταλ. Στα μαθηματικά, αυτές είναι όμοιες κατασκευές που είναι άπειρες. Στη φύση, είναι αδύνατο να ανιχνευθεί μια τέτοια ατελείωτη αυτο-επαναλαμβανόμενη μορφή, επομένως, οι προσεγγίσεις των μοτίβων φράκταλ ονομάζονται γεωμετρικά φράκταλ στη φύση. Τέτοια γεωμετρία μπορεί να παρατηρηθεί στη φύση σε φύλλα φτέρης, μπρόκολο, καρπό ανανά.
Spirals. Αυτές οι μορφές είναι ιδιαίτερα κοινές μεταξύ των μαλακίων και των σαλιγκαριών. Οι επιστήμονες παρατηρούν σπειροειδή σχήματα στο διάστημα, για παράδειγμα, σπειροειδείς γαλαξίες. Η σπείρα ονομάζεται χρυσή τομή του Fibonacci.
Μαίανδροι. Η τυχαιότητα των δυναμικών συστημάτων στα μαθηματικά εκδηλώνεται στη φύση με μορφές όπως μαιάνδρους και ροές. Η φυσική γεωμετρία έχει τη μορφή σπασμένης ή μάλλον καμπύλης γραμμής, όπως ροή ποταμού.
Κύματα. Προκαλούνται από διαταραχές και κινήσεις του αέρα, ρεύματα ανέμου, που εξαπλώνονται τόσο μέσω του αέρα όσο και μέσω του νερού. Στη φύση, αυτά δεν είναι μόνο θαλάσσια κύματα, αλλά και θίνες της ερήμου, που μπορούν να σχηματίσουν γεωμετρικά σχήματα - γραμμές, μισοφέγγαρα και παραβολές.
Μωσαϊκό. Δημιουργήθηκε επαναλαμβάνοντας τα ίδια στοιχεία στην επιφάνεια. Η μωσαϊκή γεωμετρία στην άγρια ζωή βρίσκεται στις μέλισσες: χτίζουνκυψέλη με κηρήθρες - επαναλαμβανόμενα κύτταρα.
Σχηματισμός μοτίβων
Στη βιολογία, ο σχηματισμός ενός γεωμετρικού χρώματος οφείλεται στη διαδικασία της φυσικής επιλογής. Πίσω στα μέσα του 20ου αιώνα, ο Άλαν Τούρινγκ κατάφερε να περιγράψει τον μηχανισμό για την εμφάνιση κηλίδων και λωρίδων στο χρώμα των ζώων - τον ονόμασε μοντέλο αντίδρασης-διάχυσης. Ορισμένα κύτταρα του σώματος περιέχουν γονίδια που ελέγχονται από χημικές αντιδράσεις. Το Morphogen οδηγεί στο σχηματισμό περιοχών δέρματος με σκούρα χρωστική ουσία (κηλίδες και ρίγες). Εάν το μορφογόνο υπάρχει σε όλα τα κύτταρα του δέρματος - λαμβάνεται το χρώμα του πάνθηρα, εάν υπάρχει ανομοιόμορφα - η συνηθισμένη λεοπάρδαλη με κηλίδες.
