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La asimetría es la ausencia o violación de simetría (la propiedad de un objeto de ser invariable a una transformación, como la reflexión). [1] La simetría es una propiedad importante tanto de los sistemas físicos como de los abstractos y puede mostrarse en términos precisos o en términos más estéticos. [2] La ausencia o violación de la simetría que se espera o se desea puede tener consecuencias importantes para un sistema.
Debido a la forma en que se dividen las células en los organismos , la asimetría en los organismos es bastante habitual en al menos una dimensión, y la simetría biológica también es común en al menos una dimensión.
Louis Pasteur propuso que las moléculas biológicas son asimétricas porque las fuerzas cósmicas [es decir, físicas] que rigen su formación son en sí mismas asimétricas. Si bien en su época, e incluso ahora, se destaca la simetría de los procesos físicos, se sabe que existen asimetrías físicas fundamentales, comenzando por el tiempo.
La asimetría es un rasgo importante y generalizado, que ha evolucionado numerosas veces en muchos organismos y en muchos niveles de organización (desde células individuales, pasando por órganos, hasta formas corporales completas). Los beneficios de la asimetría a veces tienen que ver con la mejora de la disposición espacial, como el pulmón humano izquierdo , que es más pequeño y tiene un lóbulo menos que el pulmón derecho para dejar espacio al corazón asimétrico . En otros ejemplos, la división de funciones entre la mitad derecha y la izquierda puede haber sido beneficiosa y ha impulsado la asimetría a hacerse más fuerte. Esta explicación suele darse para la preferencia de mano o pata de los mamíferos ( lateralidad ), una asimetría en el desarrollo de habilidades en los mamíferos. El entrenamiento de las vías neuronales en una habilidad con una mano (o pata) puede requerir menos esfuerzo que hacer lo mismo con ambas manos. [3]
La naturaleza también ofrece varios ejemplos de lateralidad en rasgos que suelen ser simétricos. Los siguientes son ejemplos de animales con asimetrías obvias de izquierda a derecha :
Dado que los defectos de nacimiento y las lesiones son indicadores de una mala salud del organismo, los defectos que resultan en asimetría suelen poner al animal en desventaja a la hora de encontrar pareja. Por ejemplo, un mayor grado de simetría facial se considera más atractivo en los seres humanos, especialmente en el contexto de la selección de pareja. En general, existe una correlación entre la simetría y los rasgos relacionados con la aptitud, como la tasa de crecimiento, la fecundidad y la capacidad de supervivencia para muchas especies. Esto significa que, a través de la selección sexual , los individuos con mayor simetría (y, por lo tanto, aptitud) tienden a ser preferidos como pareja, ya que tienen más probabilidades de producir descendencia sana. [10]
Los estilos arquitectónicos premodernos tendían a poner énfasis en la simetría, excepto cuando las condiciones extremas del lugar o los acontecimientos históricos los alejaban de este ideal clásico. Por el contrario, los arquitectos modernistas y posmodernos se volvieron mucho más libres de usar la asimetría como elemento de diseño.
Si bien la mayoría de los puentes emplean una forma simétrica debido a la simplicidad intrínseca del diseño, el análisis y la fabricación y el uso económico de los materiales, varios puentes modernos se han apartado deliberadamente de esto, ya sea en respuesta a consideraciones específicas del sitio o para crear una declaración de diseño dramática.
Algunas estructuras asimétricas
En los conjuntos de paredes con clasificación de resistencia al fuego , utilizados en la protección pasiva contra incendios , incluidas, entre otras, las barreras cortafuegos para transformadores de alta tensión , la asimetría es un aspecto crucial del diseño. Al diseñar una instalación, no siempre es seguro que, en caso de incendio , de qué lado puede provenir el fuego. Por lo tanto, muchos códigos de construcción y estándares de prueba de fuego describen que un conjunto simétrico solo necesita probarse desde un lado, porque ambos lados son iguales. Sin embargo, tan pronto como un conjunto es asimétrico, ambos lados deben probarse y el informe de prueba debe indicar los resultados para cada lado. En el uso práctico, el resultado más bajo obtenido es el que aparece en los listados de certificación . Ni el patrocinador de la prueba ni el laboratorio pueden basarse en una opinión o deducción sobre qué lado estaba en mayor peligro como resultado de la prueba contemplada y luego probar solo un lado. Ambos deben probarse para cumplir con los estándares de prueba y los códigos de construcción .
En matemáticas, la asimetría puede surgir de diversas maneras. Algunos ejemplos son las relaciones asimétricas , la asimetría de formas en geometría, los gráficos asimétricos , etc.
Para determinar si un objeto es asimétrico, busque líneas de simetría . Por ejemplo, un cuadrado tiene cuatro líneas de simetría, mientras que un círculo tiene infinitas . Si una forma no tiene líneas de simetría, entonces es asimétrica, pero si un objeto tiene alguna línea de simetría, es simétrico .
Una relación asimétrica es una relación binaria definida sobre un conjunto de elementos de modo que si se cumple para los elementos y , entonces debe ser falsa. Dicho de otro modo, una relación asimétrica se caracteriza por una ausencia necesaria de simetría de la relación en la dirección opuesta.
Las desigualdades ejemplifican relaciones asimétricas. Consideremos los elementos y . Si es menor que ( ), entonces no puede ser mayor que ( ). [11] Esto resalta cómo las relaciones "menor que", y de manera similar "mayor que", no son simétricas.
Por el contrario, si es igual a ( ), entonces también es igual a ( ). Por lo tanto, la relación binaria "igual a" es simétrica .
En general, un tensor asimétrico se define por el cambio de signos de su solución bajo el intercambio de dos índices.
El tensor épsilon es un ejemplo de tensor asimétrico. Se define como:
,con . [12] Para permutaciones pares o desiguales de los índices, el tensor es 1 o -1.
Ciertas moléculas son quirales , es decir, no pueden superponerse a su imagen especular. Las moléculas químicamente idénticas con diferente quiralidad se denominan enantiómeros ; esta diferencia de orientación puede dar lugar a diferentes propiedades en la forma en que reaccionan con los sistemas biológicos.
La asimetría surge en la física en varios ámbitos diferentes.
La formulación no estadística original de la termodinámica era asimétrica en el tiempo : afirmaba que la entropía en un sistema cerrado solo puede aumentar con el tiempo. Esto se derivó de la Segunda Ley (cualquiera de las dos, la afirmación de Clausius o la de Lord Kelvin se pueden utilizar ya que son equivalentes) y utilizando el Teorema de Clausius (véase Kerson Huang ISBN 978-0471815181 ). La teoría posterior de la mecánica estadística, sin embargo, es simétrica en el tiempo. Aunque afirma que un sistema significativamente por debajo de la entropía máxima es muy probable que evolucione hacia una entropía mayor, también afirma que es muy probable que dicho sistema haya evolucionado a partir de una entropía mayor.
La simetría es una de las herramientas más poderosas en la física de partículas , porque se ha hecho evidente que prácticamente todas las leyes de la naturaleza se originan en simetrías. Por lo tanto, las violaciones de la simetría plantean problemas teóricos y experimentales que conducen a una comprensión más profunda de la naturaleza. Las asimetrías en las mediciones experimentales también proporcionan poderosas herramientas que a menudo están relativamente libres de incertidumbres de fondo o sistemáticas.
Hasta la década de 1950, se creía que la física fundamental era simétrica izquierda-derecha; es decir, que las interacciones eran invariantes bajo paridad . Aunque la paridad se conserva en electromagnetismo , interacciones fuertes y gravedad , resulta ser violada en interacciones débiles . El Modelo Estándar incorpora la violación de la paridad expresando la interacción débil como una interacción de calibre quiral . Solo los componentes zurdos de partículas y los componentes diestros de antipartículas participan en interacciones débiles en el Modelo Estándar. Una consecuencia de la violación de la paridad en la física de partículas es que los neutrinos solo se han observado como partículas zurdas (y los antineutrinos como partículas diestras).
En 1956-1957, Chien-Shiung Wu , E. Ambler, RW Hayward, DD Hoppes y RP Hudson encontraron una clara violación de la conservación de la paridad en la desintegración beta del cobalto-60. [ cita requerida ] Simultáneamente, RL Garwin , Leon Lederman y R. Weinrich modificaron un experimento de ciclotrón existente e inmediatamente verificaron la violación de la paridad. [ cita requerida ]
Tras el descubrimiento de la violación de la paridad en 1956-57, se creyó que la simetría combinada de paridad (P) y conjugación simultánea de cargas (C), llamada CP , se conservaba. Por ejemplo, CP transforma un neutrino levógiro en un antineutrino dextrógiro. Sin embargo, en 1964, James Cronin y Val Fitch aportaron pruebas claras de que la simetría CP también se violó en un experimento con kaones neutros .
La violación de CP es una de las condiciones necesarias para la generación de una asimetría bariónica en el universo temprano.
La combinación de la simetría CP con la inversión temporal simultánea (T) produce una simetría combinada denominada simetría CPT . La simetría CPT debe conservarse en cualquier teoría cuántica de campos local invariante de Lorentz con un hamiltoniano hermítico . Hasta 2006, no se han observado violaciones de la simetría CPT.
Los bariones (es decir, los protones y neutrones y los átomos que los componen) observados hasta ahora en el universo son en su gran mayoría materia , en contraposición a antimateria . Esta asimetría se denomina asimetría bariónica del universo.
El isospín es la transformación de simetría de las interacciones débiles . El concepto fue introducido por primera vez por Werner Heisenberg en física nuclear basándose en las observaciones de que las masas del neutrón y el protón son casi idénticas y que la fuerza de la interacción fuerte entre cualquier par de nucleones es la misma, independientemente de si son protones o neutrones. Esta simetría surge a un nivel más fundamental como una simetría entre quarks de tipo up y de tipo down . La simetría de isospín en las interacciones fuertes puede considerarse como un subconjunto de un grupo de simetría de sabor más grande , en el que las interacciones fuertes son invariantes bajo el intercambio de diferentes tipos de quarks. La inclusión del quark extraño en este esquema da lugar al esquema de la vía óctuple para clasificar mesones y bariones.
El isospín se viola por el hecho de que las masas de los quarks up y down son diferentes, así como por sus diferentes cargas eléctricas. Como esta violación es solo un efecto pequeño en la mayoría de los procesos que involucran interacciones fuertes, la simetría del isospín sigue siendo una herramienta de cálculo útil y su violación introduce correcciones a los resultados de simetría del isospín.
Debido a que las interacciones débiles violan la paridad, los procesos de colisionadores que pueden involucrar interacciones débiles suelen exhibir asimetrías en las distribuciones de las partículas del estado final. Estas asimetrías suelen ser sensibles a la diferencia en la interacción entre partículas y antipartículas, o entre partículas levógiras y diestras. Por lo tanto, se pueden utilizar como una medida sensible de las diferencias en la fuerza de la interacción y/o para distinguir una pequeña señal asimétrica de un fondo grande pero simétrico.
