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La asimetría es la ausencia o violación de la simetría (la propiedad de un objeto de ser invariante a una transformación, como la reflexión). [1] La simetría es una propiedad importante de los sistemas físicos y abstractos y puede mostrarse en términos precisos o en términos más estéticos. [2] La ausencia o violación de la simetría esperada o deseada puede tener consecuencias importantes para un sistema.
Debido a cómo se dividen las células en los organismos , la asimetría en los organismos es bastante habitual en al menos una dimensión, siendo también común la simetría biológica en al menos una dimensión.
Louis Pasteur propuso que las moléculas biológicas son asimétricas porque las fuerzas cósmicas [es decir, físicas] que presiden 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, empezando 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 enteras). Los beneficios de la asimetría a veces tienen que ver con una mejor disposición espacial, como que el pulmón humano izquierdo sea más pequeño y tenga un lóbulo menos que el pulmón derecho para dejar espacio al corazón asimétrico . En otros ejemplos, la división de funciones entre la mitad derecha e izquierda puede haber sido beneficiosa y ha impulsado que la asimetría se vuelva más fuerte. Esta explicación suele darse para la preferencia de las manos o las patas de los mamíferos ( lateralidad ), una asimetría en el desarrollo de habilidades en los mamíferos. Entrenar 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 proporciona varios ejemplos de lateralidad en rasgos que suelen ser simétricos. Los siguientes son ejemplos de animales con obvias asimetrías izquierda-derecha :
Dado que los defectos de nacimiento y las lesiones probablemente indican una mala salud del organismo, los defectos que resultan en asimetría a menudo ponen al animal en desventaja a la hora de encontrar pareja. Por ejemplo, un mayor grado de simetría facial se considera más atractivo en los 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 física, como la tasa de crecimiento, la fecundidad y la capacidad de supervivencia de muchas especies. Esto significa que, a través de la selección sexual , los individuos con mayor simetría (y por tanto aptitud) tienden a ser preferidos como compañeros, 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 sitio o los desarrollos históricos se alejaban de este ideal clásico. Por el contrario, los arquitectos modernistas y posmodernos se volvieron mucho más libres para utilizar la asimetría como elemento de diseño.
Si bien la mayoría de los puentes emplean una forma simétrica debido a las simplicidades intrínsecas de diseño, análisis y fabricación y al 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 protección pasiva contra incendios , incluidas, entre otras, barreras contra incendios con transformadores de alto voltaje , la asimetría es un aspecto crucial del diseño. Al diseñar una instalación, no siempre es seguro de qué lado puede provenir , en caso de incendio . Por lo tanto, muchos códigos de construcción y normas de pruebas de fuego establecen que un conjunto simétrico solo necesita probarse desde un lado, porque ambos lados son iguales. Sin embargo, tan pronto como un conjunto sea asimétrico, se deben probar ambos lados y se requiere que el informe de prueba indique los resultados para cada lado. En la práctica, el resultado más bajo logrado es el que aparece en los listados de certificación . Ni el patrocinador de la prueba ni el laboratorio pueden emitir una opinión o deducción sobre qué lado estaba en mayor peligro como resultado de las pruebas contempladas 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 varias maneras. Los ejemplos incluyen relaciones asimétricas , asimetría de formas en geometría, gráficos asimétricos , etc.
Al determinar si un objeto es asimétrico, busque ejes de simetría . Por ejemplo, un cuadrado tiene cuatro ejes de simetría, mientras que un círculo tiene infinitos . Si una forma no tiene ejes de simetría, entonces es asimétrica, pero si un objeto tiene ejes de simetría, es simétrico .
Una relación asimétrica es una relación binaria definida en un conjunto de elementos de modo que si se cumple para los elementos y , entonces debe ser falsa. Dicho de otra manera, una relación asimétrica se caracteriza por una necesaria ausencia de simetría de la relación en la dirección opuesta.
Las desigualdades ejemplifican relaciones asimétricas. Considere 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 tanto, la relación binaria "igual a" es simétrica .
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 conducir 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 sólo puede aumentar con el tiempo. Esto se derivó de la Segunda Ley (cualquiera de las dos, la declaración de Clausius o Lord Kelvin puede usarse ya que son equivalentes) y usando el Teorema de Clausius (ver Kerson Huang ISBN 978-0471815181 ). La teoría posterior de la mecánica estadística, sin embargo, es simétrica en el tiempo. Aunque afirma que es muy probable que un sistema significativamente por debajo de la entropía máxima evolucione hacia una entropía más alta, también afirma que es muy probable que dicho sistema haya evolucionado a partir de una entropía más alta.
La simetría es una de las herramientas más poderosas de 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 presentan enigmas teóricos y experimentales que conducen a una comprensión más profunda de la naturaleza. Las asimetrías en las mediciones experimentales también proporcionan asideros poderosos que a menudo están relativamente libres de incertidumbres previas o sistemáticas.
Hasta la década de 1950, se creía que la física fundamental era simétrica de izquierda a derecha; es decir, que las interacciones eran invariantes bajo paridad . Aunque la paridad se conserva en el electromagnetismo , las interacciones fuertes y la gravedad , resulta violada en las interacciones débiles . El modelo estándar incorpora la violación de la paridad al expresar la interacción débil como una interacción de calibre quiral . Sólo los componentes zurdos de las partículas y los componentes diestros de las 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 sólo 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 necesaria ] Simultáneamente, RL Garwin , Leon Lederman y R. Weinrich modificaron un experimento de ciclotrón existente e inmediatamente verificaron la violación de la paridad. [ cita necesaria ]
Después del descubrimiento de la violación de la paridad en 1956-1957, se creía que se conservaba la simetría combinada de paridad (P) y conjugación de carga simultánea (C), llamada CP . Por ejemplo, CP transforma un neutrino zurdo en un antineutrino diestro. Sin embargo, en 1964, James Cronin y Val Fitch proporcionaron pruebas claras de que la simetría CP también se violaba 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 llamada simetría CPT . La simetría CPT debe preservarse en cualquier teoría cuántica de campos local invariante de Lorentz con un hamiltoniano hermitiano . Hasta 2006, no se han observado violaciones de la simetría CPT.
Los bariones (es decir, los protones , neutrones y los átomos que los componen) observados hasta ahora en el universo son abrumadoramente materia en lugar de antimateria . Esta asimetría se llama asimetría bariónica del universo.
Isospin 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 del 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 arriba y abajo . La simetría de isospin 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 extraño quark en este esquema da lugar al esquema Óctuple para clasificar mesones y bariones.
El isospin se ve violado por el hecho de que las masas de los quarks arriba y abajo son diferentes, así como por sus diferentes cargas eléctricas. Debido a que esta violación es solo un efecto pequeño en la mayoría de los procesos que involucran interacciones fuertes, la simetría de isospín sigue siendo una herramienta de cálculo útil, y su violación introduce correcciones a los resultados simétricos de isospín.
Debido a que las interacciones débiles violan la paridad, los procesos de colisión que pueden involucrar interacciones débiles típicamente exhiben 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 zurdas y diestras. Por tanto, pueden utilizarse como una medición sensible de las diferencias en la intensidad de la interacción y/o para distinguir una pequeña señal asimétrica de un fondo grande pero simétrico.
