Τα κρυμμένα μαθηματικά στην "Έναστρη Νύχτα" του van Gogh

 

Η «Έναστρη Νύχτα» του Vincent van Gogh είναι μια ελαιογραφία σε καμβά η οποία απεικονίζει μια θέα λίγο πριν την ανατολή του ηλίου από το ανατολικό παράθυρο του δωματίου του ασύλου όπου διέμενε ο καλλιτέχνης στο Saint-Rémy-de-Provence στη νότια Γαλλία. Ο βαν Γκογκ είχε  αυτοβούλως ζητήσει τον εγκλεισμό του στο άσυλο μετά τον αυτο-ακρωτηριασμό του αριστερού του αυτιού, τον Δεκέμβριο του 1888.

Εκτιθέμενη από το 1941 στο Μουσείο Μοντέρνας Τέχνης της Νέας Υόρκης, η «Έναστρη Νύχτα» είναι ένα εξαιρετικά δημοφιλές έργο τέχνης.

 

Το αστραφτερό φως των αστεριών και τα στροβιλιζόμενα σύννεφα στον πίνακα αυτό, πιστευόταν παλιότερα ότι αντανακλούν την ταραχώδη ψυχική κατάσταση του καλλιτέχνη όταν ζωγράφιζε το έργο την άνοιξη του 1889. Πλέον, μελέτες από φυσικούς επιστήμονες έχουν δείξει ότι ο καλλιτέχνης είχε μια βαθιά, διαισθητική κατανόηση της μαθηματικής δομής της τυρβώδους ροής.

 

Τι είναι η τυρβώδης ροή;

Η τυρβώδης ροή είναι ένα συγκεκριμένο είδος ροής των ρευστών που μέσα της σχηματίζονται στρόβιλοι. Ως συνηθισμένο φυσικό φαινόμενο που παρατηρείται στα ρευστά –κινούμενο νερό, ωκεάνια ρεύματα, ροή αίματος, ατμοσφαιρικό οριακό στρώμα, διογκούμενα σύννεφα καταιγίδας,  νέφη καπνού και καπνός από τσιγάρο– η τυρβώδης ροή είναι χαοτική, καθώς σχηματίζονται μικρότεροι στρόβιλοι μέσα σε μεγαλύτερους. Είναι κάτι που αποτελεί καθημερινή μας εμπειρία και πρόκληση αξεπέραστη για τους μαθηματικούς φυσικούς.

Μπορεί να φαίνεται τυχαίο στον περιστασιακό παρατηρητή, ωστόσο οι «αναταράξεις» ακολουθούν ένα διαδοχικό μοτίβο που μπορεί να μελετηθεί και, τουλάχιστον εν μέρει, να εξηγηθεί χρησιμοποιώντας μαθηματικές εξισώσεις.

Τα αστέρια του πίνακα, ο πλανήτης Αφροδίτη και το άστρο V838 Mon

«Μέσα από το παράθυρο με τα σιδερένια κάγκελα» γράφει ο Βαν Γκογκ στον αδελφό του Τεό, τον Μάιο του 1889, «μπορώ να διακρίνω ένα τετράγωνο κομμάτι γης με σιτάρι… πάνω από το οποίο, το πρωί, βλέπω τον ήλιο να ανατέλλει σε όλο του το μεγαλείο».

H «Έναστρη Νύχτα» είναι το μόνο νυχτερινό έργο στη σειρά πινάκων με τη θέα από το παράθυρο του υπνοδωματίου του. Στις αρχές Ιουνίου, έγραψε στον Τεό: «Σήμερα το πρωί είδα το τοπίο από το παράθυρό μου για μεγάλο χρονικό διάστημα πριν από την ανατολή με τίποτα άλλο εκτός από το πρωινό άστρο, το οποίο φάνταζε πολύ μεγάλο».

Οι ερευνητές έχουν καταλήξει στο συμπέρασμα ότι η Αφροδίτη ήταν πράγματι ορατή την αυγή, στην Προβηγκία, την άνοιξη του 1889 και την εποχή εκείνη ήταν κοντά στο φωτεινότερο δυνατό της. Έτσι, το πιο λαμπρό «αστέρι» στον πίνακα, δεξιά από το κυπαρίσσι, είναι στην πραγματικότητα η Αφροδίτη.

Μια φωτογραφία από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble που δημοσιεύθηκε το 2004 έδειχνε ένα μακρινό άστρο, το V838 Mon στον αστερισμό Μονόκερως, να μοιάζει με τα άστρα της «Έναστρης Νύχτας» όπου ο Βαν Γκογκ φαντάζεται το φως τους να στροβιλίζεται. Στο άστρο V838 Mon, που βρίσκεται 20.000 έτη φωτός μακριά από τη Γη, οι φωτεινοί στροβιλισμοί οφείλονται στην σκόνη και στην τυρβώδη ροή των αερίων γύρω από αυτό.

Το 2006, οι ερευνητές J.L. Aragón, Gerardo G. Naumis, M. Bai, M. Torres και P.K. Maini, μετά την δημοσίευση της φωτογραφίας του Hubble, εξέτασαν την μαθηματική συσχέτιση των μοτίβων της τυρβώδους ροής των ρευστών, με τους στροβιλισμούς που απεικόνιζε στους πίνακές του ο Βαν Γκογκ. Σε άρθρο τους με τίτλο «Turbulent luminance in impassioned van Gogh paintings», έδειξαν ότι η συνάρτηση κατανομής της πιθανότητας των στροβιλισμών του φωτός σε ορισμένους πίνακες του μεταϊμπρεσιονιστή ζωγράφου, μοιάζει με την αντίστοιχη κατανομή των μεταβολών της ταχύτητας κατά την τυρβώδη ροή ρευστού, όπως προβλέπει η στατιστική θεωρία του Kolmogorov (που περιγράφει έστω και εν μέρει τη δυναμική των ρευστών). Τη δεκαετία του 1940, ο Σοβιετικός μαθηματικός Αντρέι Κολμογκόροφ περιέγραψε μια μαθηματική σχέση μεταξύ των διακυμάνσεων της ταχύτητας μιας ροής και του ρυθμού με τον οποίο διαχέεται η ενέργειά της, αναπτύσσοντας τη θεωρία της τύρβης του Kolmogorov. 

Το καλλιτεχνικό ενδιαφέρον εδώ είναι ότι η στατιστική υπογραφή της δυναμικής των ρευστών ανιχνεύεται μόνο στους πίνακες που συνέθεσε ο βαν Γκογκ στην ψυχολογικά διαταραγμένη περίοδο της ζωής του και όχι όταν η ζωή του κυλούσε ήρεμα.

Ο van Gogh και οι στροβιλισμοί του πάλι στο προσκήνιο

Φέτος, μια νέα ανάλυση του πίνακα από επιστήμονες από την Κίνα και τη Γαλλία «αποκαλύπτει» τα κρυμμένα μαθηματικά στην «Έναστρη Νύχτα».

«Φανταστείτε ότι στέκεστε σε μια γέφυρα και παρακολουθείτε το ποτάμι να κυλάει. Θα δείτε στροβιλισμούς στην επιφάνεια, και αυτοί οι στροβιλισμοί δεν είναι τυχαίοι. Εντάσσονται σε συγκεκριμένα μοτίβα και αυτά τα είδη μοτίβων μπορούν να προβλεφθούν από φυσικούς νόμους», δήλωσε ο Γιονγκ Τσιάνγκ Χουάνγκ,  επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης η οποία δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Physics of Fluids. Ο Huang είναι ερευνητής στο State Key Laboratory of Marine Environmental Science & College of Ocean and Earth Sciences στο Πανεπιστήμιο Xiamen στη νοτιοανατολική Κίνα.

Με τη χρήση ενός ψηφιακού αντιγράφου του πίνακα, ο Χουάνγκ και οι συνάδελφοί του εξέτασαν την κλίμακα των 14 βασικών περιδινούμενων σχηματισμών για να κατανοήσουν αν συμμορφώνονταν με θεωρίες της φυσικής που περιγράφουν τη μεταφορά ενέργειας από μεγάλης σε μικρής κλίμακας περιδινήσεων καθώς συγκρούονται και αλληλεπιδρούν μεταξύ τους.

Ο ουρανός του πίνακα, καθώς είναι φιλοτεχνημένος και δεν κινείται πραγματικά, δεν μπορεί να μετρηθεί άμεσα, οπότε ο Χουάνγκ και οι συνάδελφοί του υπολόγισαν με ακρίβεια τις πινελιές, συγκρίνοντας το μέγεθός τους με μαθηματικές κλίμακες της τυρβώδους ροής.

Για να μετρήσουν τη φυσική κίνηση, χρησιμοποίησαν τη φωτεινότητα των διαφορετικών χρωμάτων που χρησιμοποίησε ο καλλιτέχνης.

Έτσι, ανακάλυψαν πως τα μεγέθη των 14 στροβίλων στην «Έναστρη Νύχτα» και η σχετική απόσταση και έντασή τους ακολουθούν τη θεωρία της τύρβης του Kolmogorov. 

Σύμφωνα με τον Χουάνγκ και την επιστημονική ομάδα του, ο πίνακας, σε μικρότερη κλίμακα, αναμειγνύεται με κάποιες δίνες και στροβιλισμούς υποβάθρου με τρόπο που προβλέπεται από τη θεωρία της τύρβης, ακολουθώντας ένα στατιστικό μοτίβο γνωστό ως κλίμακα του Batchelor (Batchelor’s scaling), που καθορίστηκε από τον George Batchelor και περιγράφει μαθηματικά τον τρόπο με τον οποίο τα μικρά σωματίδια, όπως τα παρασυρόμενα φύκια στον ωκεανό ή τα κομμάτια σκόνης στον άνεμο, αναμειγνύονται παθητικά από την τυρβώδη ροή. 

 

 

Άγνοια των μοντέλων – Μελέτη της φύσης

«Φυσικά», είπε ο Χουάνγκ, «ο βαν Γκογκ δεν θα γνώριζε τέτοιες θεωρίες ή εξισώσεις, αλλά πιθανότατα πέρασε πολύ χρόνο παρατηρώντας την τύρβη στη φύση… Νομίζω ότι αυτή η φυσική σχέση πρέπει να είναι ενσωματωμένη στο μυαλό του, γι’ αυτό όταν έκανε αυτόν τον διάσημο πίνακα "Έναστρη Νύχτα", μιμείται την πραγματική τυρβώδη ροή».

Φράση του καλλιτέχνη... Φωτογραφία αρχείου από την έκθεση "Van Gogh Alive" τον Μάρτιο του 2018 στην Αθήνα

Ο Χουάνγκ είπε ότι οι επιστήμονες προσπαθούν εδώ και πολύ καιρό να περιγράψουν την τυρβώδη ροή στη δυναμική των ρευστών με τρόπο που θα τους επιτρέπει να προβλέψουν το φαινόμενο. Μια διεξοδική κατανόηση της τυρβώδους ροής θα βοηθούσε στην πρόγνωση του καιρού, στις αναταράξεις των πτήσεων και σε πολλές άλλες διαδικασίες, ενώ μια πλήρης εξήγηση παραμένει ένα κυρίαρχο μυστήριο της φυσικής.

Πηγές - Παραπομπές

CNN: Turbulentskies of Vincent Van Gogh’s ‘The Starry Night’ align with a scientific theory,study finds

Phys.uoa.gr|Τύρβη

Physics4u

Physicsgg.me

ScienceDirect

TED-Ed|The unexpected math behind van Gogh's "Starry Night"

Turbulent Luminance in Impassioned van Gogh Paintings

University of Thessaly|Εισαγωγή σε Περιβαλλοντικές Ροές-Υπολογιστική Ρευστομηχανική και Τύρβη

Wikipedia.org

Περί του χρυσού αριθμού «φ»... (Μέρος 3º - Ο αγαπημένος αριθμός του σύμπαντος)

«Η Γεωμετρία έχει δύο μεγάλους θησαυρούς...

Ο ένας είναι το Πυθαγόρειο Θεώρημα,

ο άλλος η διαίρεση μιας γραμμής σε άκρο και μέσο λόγο.

Τον πρώτο μπορούμε να τον συγκρίνουμε με μια ποσότητα χρυσού.

Τον δεύτερο μπορούμε να τον θεωρήσουμε ως ένα πολύτιμο κόσμημα».

Johannes Kepler (1571 - 1630)

Όπως είχαμε δει στο 2º μέρος, ο χρυσός αριθμός φ = 1,618... δίνει το παρών σχεδόν παντού στη φύση, σε πολλούς ζωντανούς οργανισμούς, ακόμη και σε μοριακό επίπεδο. Συνεχίζοντας τώρα, ανακαλύπτουμε την παρουσία του φ όπου δεν μπορούσαμε να φανταστούμε... στο ίδιο μας το σώμα, στο DNA μας, ακόμη και στο Διάστημα!

Ο ΑΡΙΘΜΟΣ φ ΣΤΟ ΑΝΘΡΩΠΙΝΟ ΣΩΜΑ

Στοv «άνθρωπο του Βιτρούβιου», το διάσημο σχέδιο του Da Vinci, βλέπουμε, μετά από μια "σύγχρονη" παρέμβαση, τις χρυσές αναλογίες στο ανθρώπινο σώμα. Ήταν ο ίδιος ο Da Vinci που ονόμασε τον φ «χρυσό αριθμό», ενώ ο συνεργάτης του, μαθηματικός και μοναχός, Luca Pacioli, έγραψε το βιβλίο «Περί της Θείας Αναλογίας», αναφερόμενος στο λόγο της χρυσής τομής. Το θέμα του βιβλίου είναι η αναλογία στα μαθηματικά και την τέχνη, ιδίως η θεωρία της χρυσής τομής και η εφαρμογή της στην αρχιτεκτονική.

O αριθμός φ εμφανίζεται σε πολλές από τις αναλογίες του ανθρώπινου σώματος. Για παράδειγμα, ο αφαλός «τέμνει» το σώμα μας, από την κορυφή του κεφαλιού μέχρι τα δάκτυλα των ποδιών, σε λόγο χρυσής τομής. Αν μετρήσετε το ύψος σας (την απόσταση από την κορυφή του κεφαλιού σας μέχρι το πάτωμα) και τη διαιρέσετε με την απόσταση από τον αφαλό μέχρι το πάτωμα, προσεγγίζεται πάντα ο αριθμός φ. Αν μετρήσετε την απόσταση από τον αφαλό μέχρι το πάτωμα και τη διαιρέσετε με την απόσταση από την κορυφή του κεφαλιού σας μέχρι τον αφαλό, προσεγγίζεται πάντα ο αριθμός φ.  

Ακόμα, το χέρι μας, από τον ώμο μέχρι τις άκρες των δακτύλων μας, διαιρείται σε λόγο χρυσής τομής ακριβώς στον αγκώνα μας. Αν μετρήσετε την απόσταση από τον ώμο σας μέχρι τις άκρες των δακτύλων και τη διαιρέσετε με την απόσταση από τον αγκώνα μέχρι τις άκρες των δακτύλων, προσεγγίζεται  πάντα ο αριθμός φ. Αν μετρήσετε την απόσταση από τον αγκώνα μέχρι τις άκρες των δακτύλων και τη διαιρέσετε με την απόσταση από τον ώμο σας μέχρι τον αγκώνα, προσεγγίζεται  πάντα ο αριθμός φ.

Αντίστοιχα, ο καρπός «τέμνει» το χέρι μας, από τον αγκώνα μέχρι τις άκρες των δακτύλων, σε χρυσή τομή.

Όμοια, η χρυσή τομή και η ακολουθία Fibonacci μπορούν να βρεθούν και στα δάκτυλά μας. 

Η αναλογία μεταξύ του μήκους και του φάρδους του προσώπου και η αναλογία του μήκους του στόματος προς το φάρδος της μύτης είναι μερικά ακόμα παραδείγματα της εφαρμογής των αριθμών αυτών στο ανθρώπινο σώμα.

Ακόμα και σε πολλές άλλες λεπτομέρειες συναντάμε τον αριθμό φ, όπως στις αναλογίες των δοντιών μας ή του αυτιού μας. Φυσικά, δεν έχουμε όλοι ίδια δόντια, ίδια μύτη ή ίδια αυτιά. Απλώς, όσο περισσότερο πλησιάζουν οι αναλογίες κάποιου χαρακτηριστικού στον αριθμό φ, τόσο πιο «όμορφο» φαίνεται αυτό. 

Δεν είναι τυχαίο ότι πολλές «ανατολίτικες θρησκείες» και κινήματα στα πλαίσια της διδασκαλίας τους για διαλογισμό και την αυτοσυγκέντρωση και στο λεγόμενο «γιόγκα» η στάση του ανθρώπινου σώματος γίνεται κατά αυτό τον τρόπο έτσι, ώστε τα «κεντρικά - κομβικά» σημεία του σώματος να βρίσκονται σε αναλογίες φ.

Επιπλέον, έχει ανακαλυφθεί η ύπαρξη του φ στην δομή του DNA. Το DNA αποτελείται από δύο έλικες οι οποίες συστρέφονται μεταξύ τους. Οι αποστάσεις μεταξύ τους (grooves) «κρύβουν» τον αριθμό φ, όπως βλέπουμε παρακάτω:

Ο ΑΡΙΘΜΟΣ φ ΣΤΗΝ ΙΑΤΡΙΚΗ

Ένα καρδιογράφημα σε κατάσταση ηρεμίας μοιάζει με το παρακάτω. Θεωρείται υγιές όταν το διάστημα μεταξύ δύο οξέων επαρμάτων QRS διαιρείται σε λόγο χρυσής τομής από ένα έπαρμα Τ (το κόκκινο βέλος στο διάγραμμα).

Ο ΑΡΙΘΜΟΣ φ ΣΤΗ ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΑ

Ο αριθμός φ και η χρυσή έλικα εμφανίζονται επίσης στο σχήμα των κυκλώνων, όπως αποτυπώνεται χαρακτηριστικά στις φωτογραφίες των μετεωρολογικών δορυφόρων.

Ο ΑΡΙΘΜΟΣ φ ΣΤΟ ΗΛΙΑΚΟ ΜΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑ

Οι διαστάσεις της Γης και της Σελήνης σχετίζονται με τον αριθμό φ, σχηματίζοντας ένα ορθογώνιο τρίγωνο βασισμένο στη χρυσή αναλογία.

H κίνηση ορισμένων πλανητών γίνεται βάσει του αριθμού φ, καθώς ο χρόνος περιφοράς τους γύρω από τον Ήλιο προσεγγίζεται από κάποια δύναμη του φ.

• Ερμής: φ^-3 = 0,24 έτη 
• Αφροδίτη: φ^-1 = 0,62 έτη
• Γη: φ⁰ = 1 έτος
• Δίας: φ⁵ = 11,9 έτη 
• Κρόνος: φ⁷ = 29 έτη

Ειδικότερα, ο Κρόνος έχει «αποκαλύψει» την αναλογία της χρυσής τομής στις διαστάσεις αυτού και των δακτυλίων του.

ΓΑΛΑΞΙΕΣ ΚΑΙ ΜΑΥΡΕΣ ΤΡΥΠΕΣ

Τα περισσότερα αντικείμενα θερμαίνονται καθώς προσλαμβάνουν ενέργεια. Αλλά ενίοτε οι μαύρες τρύπες ενδέχεται να χάνουν ενέργεια ενώ θερμαίνονται. Σ’ αυτή την περίπτωση, λέμε ότι έχουν αρνητική ειδική θερμοχωρητικότητα. 

Για μια περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα, τα πράγματα περιπλέκονται περισσότερο. Όταν περιστρέφεται αρκετά γρήγορα, η ειδική θερμοχωρητικότητά της γίνεται θετική, όπως δηλαδή συμβαίνει με ένα συνηθισμένο αντικείμενο. Τη χρονική στιγμή που η ειδική θερμοχωρητικότητα της μαύρης τρύπας γίνεται από αρνητική θετική, η στροφορμή της J και η μάζα της M ικανοποιούν τη σχέση:

Συμμετέχει, δηλαδή, στην εξίσωση και ο αριθμός φ!

Τέλος, ο αριθμός φ και η χρυσή έλικα εμφανίζονται και στη μορφή των σπειροειδών γαλαξιών.

ΤΟ ΚΑΛΥΤΕΡΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΟΡΓΑΝΩΣΗΣ

Ποιος είναι άραγε ο βαθύτερος λόγος που κάνει έναν αριθμό, κατασκευασμένο με βάση μια αφηρημένη μαθηματική ιδιότητα, να έχει τόσο σημαντικές εφαρμογές στη φύση, και μάλιστα σε τόσο διαφορετικά συστήματα; Οι σπόροι, τα όστρακα, οι κυκλώνες και οι γαλαξίες δεν έχουν καμία κοινή ιδιότητα και διέπονται από εντελώς διαφορετικούς φυσικούς νόμους. (Βάρβογλης, 2003).  Όμως όλα τους εμπεριέχουν το χρυσό αριθμό.

Τα φύλλα, τα πέταλα και οι σπόροι οργανώνονται στα φυτά ακολουθώντας ένα συγκεκριμένο μοτίβο γιατί έτσι, καθώς αναπτύσσονται, αξιοποιούν με τον καλύτερο δυνατό τρόπο το διαθέσιμο χώρο. Αν κατανείμουμε τα φύλλα στο μίσχο σύμφωνα με το χρυσό αριθμό, όλα θα επωφελούνται στο μέγιστο βαθμό από το φως του ήλιου, χωρίς να κρύβει το ένα το άλλο. Τα λουλούδια, χάρη στο χρυσό αριθμό, προσελκύουν όσο το δυνατόν καλύτερα τα έντομα που μεταφέρουν τη γύρη.

Η ανάπτυξη των οστράκων επηρεάζεται από τον διαθέσιμο χώρο. Η δημιουργία των κυκλώνων οφείλεται στη ροή του υγρού αέρα από περιοχές υψηλής πίεσης σε περιοχές χαμηλής. 

Λόγω της περιστροφής της Γης, τα ρεύματα του αέρα αποκλίνουν από την ευθεία, έτσι ώστε στο βόρειο ημισφαίριο όλοι οι κυκλώνες να περιστρέφονται αντίθετα από τη φορά των δεικτών του ρολογιού, ενώ στο νότιο ημισφαίριο, αντίστροφα. 

Τέλος οι σπείρες είναι περιοχές ενός γαλαξία όπου υπάρχει συγκέντρωση αστέρων, σκόνης και αερίων, οι οποίες δημιουργούνται όταν κάποιος άλλος γαλαξίας περάσει σε κοντινή απόσταση. 

Φαίνεται, λοιπόν, ότι ο χρυσός αριθμός έχει «παγκόσμιες» ιδιότητες και είναι ο αγαπημένος αριθμός του Σύμπαντος. Κι αν έχει επιλέξει η Φύση να «δουλεύει» χρησιμοποιώντας τη χρυσή αναλογία, τότε γιατί όχι και ο άνθρωπος;

Στα επόμενα θα δούμε πώς οι άνθρωποι εφαρμόζουν τη Χρυσή Τομή από την αρχαιότητα μέχρι σήμερα…

Πηγές:

Περιοδικό Focus

goldennumber.net

wikipedia.org

https://johncarlosbaez.wordpress.com/2013/02/28/black-holes-and-the-golden-ratio/

Περί του χρυσού αριθμού «φ»... (Μέρος 2º - Ο αριθμός «φ», πανταχού παρών!)

«Όλη η ζωή είναι βιολογία

Όλη η βιολογία είναι φυσιολογία

Όλη η φυσιολογία είναι χημεία

Όλη η χημεία είναι φυσική

Όλη η φυσική είναι μαθηματικά».

Dr. Stephen Marquardt

Μελέτες σε πολλούς κλάδους όπως η Βιολογία, η Βοτανολογία και η  Ζωολογία δείχνουν πως ο σχεδιασμός της ζωής βασίζεται σε έναν «χρυσό κανόνα»… Σχεδόν παντού μπορεί να εντοπιστεί ο χρυσός αριθμός φ και η ακολουθία Fibonacci που διαβάσατε εδώ … Υπενθυμίζουμε ότι αριθμός φ ισούται περίπου με 1,61803398874989484... και η ακολουθία Fibonacci είναι η εξής: 

1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 114, 233, 377, 610...

Ο ΑΡΙΘΜΟΣ φ ΣΤΗ ΦΥΣΗ ΚΑΙ ΣΤΑ ΦΥΤΑ

Τα φυτά «κρύβουν» την ακολουθία Fibonacci στον αριθμό ή στη διάταξη των φύλλων, των πετάλων, των κλαδιών ή των σπόρων. Φυσικά και δε γνωρίζουν για την ακολουθία Fibonacci - απλά μεγαλώνουν με τον πιο αποτελεσματικό τρόπο.

Για παράδειγμα, στην κυκλική διάταξη της στεφάνης του τριαντάφυλλου, τα πέταλα διατάσσονται όπως τα σκαλοπάτια μιας ελικοειδούς σκάλας. Η γωνία ανάμεσα σε 2 πέταλα είναι περίπου 222,5 μοίρες. Αν διαιρέσουμε τις 360 μοίρες του κύκλου με τον αριθμό 222,5, το πηλίκο είναι, κατά μεγάλη προσέγγιση, ο αριθμός φ = 1,618... Αυτό δεν είναι τυχαίο... Σύμφωνα με μετρήσεις, σ’ αυτήν ακριβώς τη γωνία των 222,5 μοιρών, τα φύλλα των φυτών ρίχνουν την ελάχιστη δυνατή σκιά το ένα στο άλλο.

Επιπλέον, σε κάθε σειρά πετάλων, υπάρχουν συνήθως είτε 5, είτε 8, είτε 13 πέταλα.

Στη φωτογραφία παρακάτω βλέπουμε μια μικρή μαργαρίτα. Στο κέντρο του λουλουδιού σχηματίζονται σπείρες, σύμφωνα με τη ακολουθία Fibonacci.

Υπάρχουν 21 σκούρες μπλε σπείρες και 13 γαλάζιες σπείρες. Το 13 και το 21 είναι διαδοχικοί αριθμοί στην ακολουθία Fibonacci. Παρόμοιες διατάξεις εμφανίζουν πολλά ακόμη άνθη...

Οι σπόροι του ηλίανθου κατανέμονται κυκλικά. Η σπείρα είναι προς τα έξω ενώ έχει διπλή κατεύθυνση, δηλαδή και όπως κινούνται οι δείκτες του ρολογιού και αντίστροφα από το κέντρο του λουλουδιού.  

Ο αριθμός των σπειρών στο κάθε φυτό δεν είναι ίδιος. Γιατί  γενικά είναι είτε 21 και 34, είτε 34 και 55, είτε 55 και 89, ή 89 και 144; Ο αριθμός των σπειρών ενός ηλίανθου και προς τις δύο κατευθύνσεις είναι δύο διαδοχικοί αριθμοί στην ακολουθία Fibonacci. 

Αν μετρήσει κανείς τα πέταλα ενός λουλουδιού, θα διαπιστώσει ότι ο αριθμός τους είναι συχνά 3, 5, 8, 13, 21, 34 ή ακόμα και 55 ή 89. 

Για παράδειγμα, μπορούμε να μετρήσουμε στις μαργαρίτες 13, 21, 34, 55, ή και 89 πέταλα. Οι κοινές μαργαρίτες του αγρού έχουν συνήθως 34 πέταλα. Ο κρίνος έχει 3 πέταλα,  η νεραγκούλα έχει 5  κ.λπ. 

Έχει παρατηρηθεί ότι η ακολουθία Fibonacci εμφανίζεται στη φυλλοταξία πολλών φυτών.

Η ακολουθία Fibonacci εμφανίζεται και στις βελόνες αρκετών ειδών έλατου, στα φύλλα της λεύκας, της κερασιάς, της μηλιάς, της δαμασκηνιάς, της βελανιδιάς και της φιλύρας. Τη βλέπουμε στην επιφάνεια των κορμών των κωνοφόρων δέντρων, στους δακτύλιους των κορμών των φοινικόδεντρων και των κουκουναριών.

Όλα τα κουκουνάρια αναπτύσσονται σε σπείρες, ξεκινώντας από τη βάση όπου ήταν ο μίσχος, και πηγαίνοντας κυκλικά μέχρι να φτάσουμε στην κορυφή.

Συναντάμε την έλικα Fibonacci στο σχήμα της αλόης της πολύφυλλου, της αγκινάρας, του κουνουπιδιού,  του ανανά και πολλών άλλων φυτών, καρπών και λαχανικών.

Τέλος, παρατηρήστε τις αποστάσεις ανάμεσα στα κουκούτσια της μπανάνας και του μήλου. Μπορεί να περιμένατε συμμετρία στη φύση, αλλά αν κόψετε στη μέση ένα φρούτο ή λαχανικό, πιθανόν να ανακαλύψετε την ακολουθία Fibonacci…

Ο ΑΡΙΘΜΟΣ φ ΣΤΟ ΖΩΙΚΟ ΒΑΣΙΛΕΙΟ

Το κέλυφος των σαλιγκαριών ακολουθεί και αυτό την ακολουθία Fibonacci. Το ίδιο και το κέλυφος του ναυτίλου.

Η μόνη διαφορά μεταξύ των δύο είναι ότι το κέλυφος του ναυτίλου αναπτύσσεται σε τρισδιάστατες σπείρες, ενώ το κέλυφος των σαλιγκαριών αναπτύσσεται σε δισδιάστατες σπείρες.

ΠΑΡΘΕΝΟΓΕΝΕΣΗ ΣΤΟ ΜΕΛΙΣΣΙ

Μπορεί τα κουνέλια του Fibonacci να αποτελούν μια εξιδανικευμένη υπόθεση, αλλά μπορούμε να αναζητήσουμε κάποιο υπαρκτό παράδειγμα της ακολουθίας Fibonacci στη φύση. Και θα το βρούμε στο γενεαλογικό δέντρο κάθε κηφήνα σε ένα μελίσσι! Το εν λόγω έντομο, σε αντίθεση με τη βασίλισσα και τις εργάτριες, γεννιέται από ένα μη γονιμοποιημένο αβγό της βασίλισσας, δηλαδή έχει μητέρα αλλά όχι πατέρα. Επομένως το γενεαλογικό δέντρο του κηφήνα διαμορφώνεται ως εξής: Έχει 1 μητέρα, 2 παππούδες (αρσενικό και θηλυκό), 3 προπαππούδες (2 από την οικογένεια της γιαγιάς και 1 του παππού), 5 προ-προπαππούδες, 8 προ- προ-προπαππούδες κ.ο.κ. Το γενεαλογικό δέντρο του κηφήνα είναι μια ακολουθία Fibonacci!

Ο Leonardo de Pisa ή Fibonacci έζησε κοντά στην πόλη της Bejaia, η οποία αποτελούσε ένα σημαντικό εξαγωγέα κεριού την εποχή του Fibonacci (από εκεί προέρχεται και η γαλλική εκδοχή του ονόματος της πόλης αυτής, “bougie”, που σημαίνει" κερί "στα γαλλικά). Μια πρόσφατη μαθηματικο-ιστορική ανάλυση της περιόδου και της περιοχής στην οποία έζησε ο Fibonacci προτείνει ότι στην πραγματικότητα οι μελισσοκόμοι της Bejaia και οι γνώσεις τους σχετικά με την αναπαραγωγή των μελισσών αποτέλεσαν την πηγή έμπνευσης της ακολουθίας Fibonacci και όχι το ευρύτερα ίσως γνωστό μοντέλο της αναπαραγωγής κουνελιών.

Και όχι μόνο αυτό. Το 1966, ο Νταγκ Γιανέγκα από το Μουσείο Έρευνας στην εντομολογία του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια, ανακάλυψε ότι η αναλογία ανάμεσα σε εργάτριες μέλισσες και κηφήνες σε ένα μελίσσι προσεγγίζει πάντα τον αριθμό φ. 

Η παραπάνω πεταλούδα έχει στα φτερά της σημάδια που μοιάζουν με μάτια, τα οποία βρίσκονται στις χρυσές τομές των γραμμών που δείχνουν το μήκος και το πλάτος της. 

Ο κατάλογος στο ζωικό βασίλειο είναι ατελείωτος: το φ εμφανίζεται στα κέρατα του κριού, στο σώμα του δελφινιού, στον αστερία, στο σώμα και στα πόδια εντόμων όπως η αράχνη και το μυρμήγκι…

Ο ΑΡΙΘΜΟΣ φ ΣΤΟΝ ΜΙΚΡΟΚΟΣΜΟ

Ακόμα και πολλά από τα πιο μικρά σωματίδια στη φύση φαίνεται ότι διατάσσονται σύμφωνα με τη χρυσή αναλογία.

Πριν από λίγα χρόνια, Ελβετοί και Αμερικανοί επιστήμονες μελετούσαν τους λεγόμενους ημικρυστάλλους, οι οποίοι έχουν πολύ ιδιαίτερη δομή σε επίπεδο ατόμων. Η επιφάνειά τους αποτελείται από έδρες με δύο διαφορετικά ύψη. Όταν τα ύψη αυτά μετρήθηκαν μ’ ένα ακριβέστατο μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας (STM), οι ερευνητές έκπληκτοι ανακάλυψαν ότι ο λόγος του μεγαλύτερου ύψους προς το μικρότερο είναι φ = 1,618... 

Η θεωρία των ερευνητών είναι ότι ο κρύσταλλος έχει τη μεγαλύτερη σταθερότητα, όταν υπάρχει αυτή ακριβώς η σχέση. 

(Συνεχίζεται...)

Πηγές:

Περιοδικό Focus

goldennumber.net

wikipedia.org