Las matemáticas son una parte integral de nuestro mundo. Estas no solo se encuentran en los miles de cálculos que hacen los humanos todos los días, sino también en la misma esencia de la naturaleza.
Las personas han buscado inspiración en la naturaleza desde los comienzos mismos de la humanidad, y las ciencias exactas no son la excepción. Podemos observar números -matemática pura- en las plantas, los animales y los fenómenos naturales; podemos medir vientos y huracanes, calcular distancias y pesos en la física, resolver ecuaciones que anticipan el movimiento de los astros.
Existen tantas curiosidades sobre las matemáticas que en este artículo hablaremos solamente de una pequeña parte de la relación entre naturaleza y ciencia exacta. Pero hay tanto, tanto más. La clave está en vivir con los ojos bien abiertos.
La matemática en la naturaleza
Las certezas aritméticas en nuestro mundo nos recuerdan la profunda interconexión entre los números, las proporciones y el universo que nos rodea. Esta relación es una fuente inagotable de inspiración y un recordatorio de que lo numérico y lo geométrico no son solo un producto del pensamiento humano, sino que son un lenguaje universal inscrito en el tejido mismo de la realidad.
A medida que exploramos más a fondo los misterios matemáticos del mundo natural, descubrimos un entorno lleno de belleza y asombro, pero también de ecuaciones y números.
Patrones y figuras matemáticas
Los patrones matemáticos en el mundo natural son una manifestación sorprendente del orden intrínseco que opera por debajo de la apariencia física. La investigaciones científicas sobre estos patrones nos llevó a comprender profundamente su estructura y funcionamiento. Trabajos de grandes pensadores que veremos más adelante en el artículo.
Estos patrones aparecen en la forma de las plantas, los animales y en los paisajes. Y nos plantean cuestionamientos existenciales: ¿Existe una mente maestra detrás de la génesis de estas estructuras?
Figuras fractales en la naturaleza
Un ejemplo destacado de la matemática en la naturaleza es el de los fractales. A su vez, esta matemática también está presente en la arquitectura.
Estas formas geométricas progresivas exhiben la misma estructura básica en distintos niveles de magnificación, manteniendo un desarrollo regular. Esto se manifiesta, por ejemplo, en las conchas de los caracoles y las raíces de los árboles. Estas crecen conservando la misma estructura, pero lo hacen en direcciones diferentes.
La aparente diversidad esconde una constancia de patrones matemáticos subyacentes que desafían nuestra comprensión del mundo.
La secuencia de Fibonacci
Las matemáticas en la naturaleza no se limitan a estas progresiones; también la podemos encontrar en la secuencia de Fibonacci. ¿La conocés?
Publicada por primera vez en Europa por Leonardo de Pisa (conocido como Fibonacci) en el siglo XIII, la secuencia de Fibonacci en realidad se había postulado mucho tiempo antes. Se trata de una sucesión infinita de números naturales, en la que cada número es la sumatoria de los dos anteriores.
Un ejemplo de Fibonacci en la naturaleza es la disposición de los pétalos en las flores. Pero lo asombroso es que esta secuencia no solo se manifiesta en la naturaleza, sino que también es matemática que se utiliza en la música, la arquitectura y el arte.
Los filósofos griegos y el orden en la naturaleza
Los grandes pensadores griegos -como Platón, Pitágoras, Sócrates y Aristóteles- tenían el deseo constante de encontrar un orden subyacente en el universo; proponiendo teorías elementales que buscaban explicar los patrones que observaban en su entorno.
En este sentido determinaron que la repetición en la naturaleza eran parte de las formas ideales y universales que se manifiestan en objetos físicos. Por ejemplo, la geometría y sus proporciones se consideraban elementos constituyentes de la existencia.
Este enfoque temprano, que luego la ciencia refutó, sentó las bases para la exploración matemática del universo.
El siglo XIX: Comprender el mundo natural de forma racional
Pero hagamos un salto enorme en el tiempo hacia el 1800. El siglo XIX fue un período de avances significativos en las ciencias naturales marcado por una nueva forma de pensar: la Ilustración y el racionalismo.
A continuación, seleccionamos algunos nombres que hicieron grandes aportes:
- Joseph Plateau: El físico belga contribuyó al problema geométrico de la "superficie mínima" con sus observaciones de burbujas de jabón. Actualmente las leyes de Plateau continúan siendo fundamentales en la física y la aritmética.
- Ernst Haeckel: El biólogo y artista alemán Ernst Haeckel destacó la simetría en la naturaleza a través de sus ilustraciones de organismos marinos. A su vez fue quien introdujo las teorías evolutivas de Darwin y quien acuñó términos como "ecología".
- D'Arcy Thompson: El biólogo escocés D'Arcy Thompson revolucionó nuestra comprensión de los patrones de crecimiento en plantas y animales. Thompson demostró que ciertas ecuaciones simples podían explicar los intrincados patrones de crecimiento en espiral de los cuernos de animales y las conchas marinas. Fue él quien realizó los primeros estudios en morfogénesis, que luego continuaría un matemático muy reconocido...
El Siglo XX: Avances en morfogénesis y fractales
Continuemos con los nombres de científicos, matemáticos y biólogos, que conectaron ambas ciencias en sus investigaciones sobre el mundo natural.
En el siglo XX, el matemático británico Alan Turing sentó las bases para comprender la morfogénesis. Turing predijo las reacciones químicas oscilantes que podían generar patrones en la piel de animales y las formaciones en espiral de las plantas. Esto ayudó a explicar cómo la naturaleza crea patrones complejos.
La morfogénesis es el proceso biológico que lleva a que un organismo desarrolle su forma.
Por su parte, Aristid Lindenmayer, biólogo teórico húngaro, desarrolló el Sistema Lindenmayer: una gramática formal (sistema de reglas y símbolos) que se utiliza para modelar el crecimiento de las plantas en estilos fractales. Este sistema demostró cómo los fractales pueden generar patrones de crecimiento en las plantas y otros organismos.
Pero fue Benoît Mandelbrot en 1975 quien introdujo el concepto de fractales. Como hemos visto, los fractales son estructuras geométricas que muestran una autosimilitud en diferentes escalas y orientación, lo que significa que sus patrones se repiten a sí mismos en diversas magnitudes.
Las nubes no son esferas, las montañas no son conos, las costas no son círculos y la corteza de los árboles no es lisa, ni los rayos viajan en línea recta.
Benoît Mandelbrot
¿Cómo se relacionan las plantas con las matemáticas?
Aquí te presentamos algunas de las formas en que las plantas y las matemáticas están conectadas:
Filotaxis y la secuencia de Fibonacci
Como mencionamos anteriormente, una de las conexiones más conocidas en la naturaleza es la relación entre la disposición de las hojas, flores o ramas en una planta y la secuencia numérica de Fibonacci.
Esta secuencia matemática comienza con 0 y 1, y luego cada número siguiente es la suma de los dos anteriores. De esta forma: 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, y así sucesivamente…
En muchas plantas, las hojas, pétalos o ramas están dispuestos siguiendo patrones basados en números de la secuencia de Fibonacci. Podemos verlo en las suculentas, los girasoles, los conos de los pinos, entre muchas otras plantas. ¿Alguna vez buscaste esta secuencia matemática dentro de una obra de arte?
Fractales en estructuras ramificadas
Las plantas a menudo muestran estructuras ramificadas como un fractal. Los árboles, arbustos y sistemas radiculares de las plantas son ejemplos de estructuras fractales. Esta repetición a diferentes escalas permite a las plantas optimizar la absorción de nutrientes y la captura de luz solar.
Paternidad y genética de plantas
La genética de las plantas se basa en las leyes de la probabilidad y la herencia de Gregor Mendel, que son en sí, fundamentos matemáticos. La polinización cruzada, las proporciones genotípicas y las fenotípicas, la variabilidad genética en las poblaciones de plantas: Todas estas acciones naturales se pueden analizar y comprender mediante conceptos matemáticos.
Modelado del crecimiento de plantas
Los modelos matemáticos se utilizan para comprender y predecir el crecimiento y desarrollo de las plantas. Estos modelos pueden abordar cuestiones como, la distribución de la biomasa, la tasa de crecimiento y el impacto del entorno en las plantas.
Geometría y arquitectura de plantas
La arquitectura de las plantas -incluidas las ramificaciones, la ubicación de las hojas y las flores- sigue principios geométricos y matemáticos.
La distribución espacial de las estructuras de una planta se adapta para optimizar:
- La exposición a la luz
- La eficiencia de la fotosíntesis
- La polinización
Análisis de datos en la ecología de plantas
La recopilación y el análisis de datos en la ecología de plantas involucran técnicas estadísticas y matemáticas para comprender:
- Las dinámicas de poblaciones de plantas
- La interacción con otros organismos
- La respuesta a cambios ambientales
Matemáticas en la agricultura y la horticultura
En la agricultura y la horticultura las matemáticas desempeñan un papel crucial en:
- La planificación de cosechas
- La gestión de recursos
- La selección de variedades de plantas
- La optimización de rendimientos
Las matemáticas y la naturaleza están intrincadamente conectadas, revelando un asombroso mundo de patrones y estructuras que subyacen en el tejido mismo de la vida en la Tierra.
Te puede interesar tomar clases particulares de matemática
¿Te gustó este artículo? ¡Puntualo!
Loading...
