Asimetría

La asimetría es la ausencia o la violación de la simetría (la propiedad de un objeto de ser invariable a una transformación, como la reflexión). 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. La ausencia o la violación de la simetría esperada o deseada puede tener consecuencias importantes para un sistema.

En organismos

Debido a cómo las células se dividen 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 presiden su formación son 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.

Asimetría en biología

La asimetría es un rasgo importante y generalizado, que ha evolucionado numerosas veces en muchos organismos y en muchos niveles de organización (que van desde células individuales, pasando por órganos, hasta formas corporales completas). Los beneficios de la asimetría a veces tienen que ver con arreglos espaciales mejorados, como que el pulmón humano izquierdo sea más pequeño y tenga un lóbulo menos que el pulmón derecho para dejar espacio para el corazón asimétrico. En otros ejemplos, la división de funciones entre la mitad derecha e izquierda puede haber sido beneficiosa y ha hecho que la asimetría se vuelva más fuerte. Tal explicación generalmente se da para la preferencia de la mano o la pata de los mamíferos, 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.

La naturaleza también proporciona varios ejemplos de lateralidad en rasgos que suelen ser simétricos. Los siguientes son ejemplos de animales con asimetrías izquierda-derecha obvias:

• La mayoría de los caracoles, debido a la torsión durante el desarrollo, muestran una notable asimetría en la concha y en los órganos internos.
• Los cangrejos violinistas tienen una garra grande y una garra pequeña.
• El colmillo del narval es un incisivo izquierdo que puede crecer hasta 10 pies de largo y forma una hélice hacia la izquierda.
• Los peces planos han evolucionado para nadar con un lado hacia arriba y, como resultado, tienen ambos ojos en un lado de la cabeza.
• Varias especies de búhos exhiben asimetrías en el tamaño y la posición de sus orejas, lo que se cree que ayuda a localizar presas.
• Muchos animales (desde insectos hasta mamíferos) tienen genitales masculinos asimétricos. La causa evolutiva detrás de esto es, en la mayoría de los casos, todavía un misterio.

Como indicador de incapacidad

• Ciertas perturbaciones durante el desarrollo del organismo, que resultan en defectos de nacimiento.
• Lesiones después de la división celular que no se pueden reparar biológicamente, como la pérdida de una extremidad por un accidente.

Dado que es probable que los defectos de nacimiento y las lesiones indiquen una mala salud del organismo, los defectos que resultan en asimetría a menudo ponen a un animal en desventaja cuando se trata de encontrar pareja. Por ejemplo, un mayor grado de simetría facial se considera más atractivo en 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 de 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 compañeros, ya que es más probable que produzcan descendencia sana.

En estructuras

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 usar la asimetría como elemento de diseño.

Si bien la mayoría de los puentes emplean una forma simétrica debido a las simplicidades intrínsecas 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

• Reemplazo del tramo este del puente San Francisco - Oakland Bay
• puente de la mujer
• Auditorio de Tenerife
• Avión Blohm & Voss BV 141
• Un proa, una forma de canoa estabilizadora

En protección contra incendios

En los conjuntos de muros con clasificación de resistencia al fuego, utilizados en la protección pasiva contra incendios, incluidas, entre otras, las barreras contra incendios de transformadores de alto voltaje, la asimetría es un aspecto crucial del diseño. Al diseñar una instalación, no siempre es seguro que, en caso de incendio, de qué ladopuede provenir un incendio. Por lo tanto, muchos códigos de construcción y estándares de prueba de incendios establecen que un conjunto simétrico solo debe probarse desde un lado, porque ambos lados son iguales. Sin embargo, tan pronto como un ensamblaje sea asimétrico, se deben probar ambos lados y se requiere que el informe de la prueba indique los resultados para cada lado. En el uso práctico, el resultado más bajo logrado 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

No hay a y b tales que a < b y b < a. Esta forma de asimetría es una relación asimétrica.

En Quimica

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.

En física

La asimetría surge en la física en varios ámbitos diferentes.

Termodinámica

La formulación original no estadística 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 los dos, se puede usar la afirmación de Clausius o Lord Kelvin, ya que son equivalentes) y del Teorema de Clausius (ver Kerson Huang ISBN 978-0471815181). La última teoría de la mecánica estadística, sin embargo, es simétrica en el tiempo. Aunque establece que es muy probable que un sistema significativamente por debajo de la entropía máxima evolucione hacia una entropía más alta, también establece que es muy probable que dicho sistema haya evolucionado desde una entropía más alta.

Partículas fisicas

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 rompecabezas teóricos y experimentales que conducen a una comprensión más profunda de la naturaleza. Las asimetrías en las mediciones experimentales también proporcionan indicadores poderosos que a menudo están relativamente libres de incertidumbres sistemáticas o de fondo.

Violación de paridad

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. Solo los componentes de mano izquierda de las partículas y los componentes de mano derecha 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 solo se han observado como partículas levógiras (y los antineutrinos como partículas levógiras).

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. Simultáneamente, RL Garwin, Leon Lederman y R. Weinrich modificaron un experimento de ciclotrón existente e inmediatamente verificaron la violación de la paridad.

Violación de CP

Después del descubrimiento de la violación de la paridad en 1956-1957, se creía que se conservaba la simetría combinada de la paridad (P) y la conjugación de carga simultánea (C), llamada CP. Por ejemplo, CP transforma un neutrino de mano izquierda en un antineutrino de mano derecha. En 1964, sin embargo, James Cronin y Val Fitch proporcionaron evidencia clara de que la simetría CP también se violó en un experimento con kaones neutrales.

La violación de CP es una de las condiciones necesarias para la generación de una asimetría bariónica en el universo primitivo.

La combinación de la simetría CP con la inversión de tiempo simultánea (T) produce una simetría combinada llamada simetría CPT. La simetría CPT debe conservarse en cualquier teoría de campo cuántico local invariante de Lorentz con un hamiltoniano hermitiano. A partir de 2006, no se han observado violaciones de la simetría CPT.

Asimetría bariónica del universo

Los bariones (es decir, los protones y neutrones y los átomos que componen) observados hasta ahora en el universo son abrumadoramente materia en oposición a antimateria. Esta asimetría se llama asimetría bariónica del universo.

Violación de isoespín

Isospin es la transformación de simetría de las interacciones débiles. El concepto fue introducido por primera vez por Werner Heisenberg en física nuclear basado 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 en un nivel más fundamental como una simetría entre los quarks tipo up y down. La simetría 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 quark extraño en este esquema da lugar al esquema de la Vía Óctuple para clasificar mesones y bariones.

Isospin se viola 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 en los resultados simétricos de isospín.

En experimentos de colisionador

Debido a que las interacciones débiles violan la paridad, los procesos colisionadores 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 levógiras y levógiras. Por lo tanto, pueden usarse como una medida sensible de las diferencias en la fuerza de interacción y/o para distinguir una pequeña señal asimétrica de un fondo grande pero simétrico.

• Una asimetría adelante-atrás se define como A _FB =(N _F -N _B)/(N _F +N _B), donde N _F es el número de eventos en los que alguna partícula particular del estado final se mueve "hacia adelante" con respecto a a alguna dirección elegida (p. ej., un electrón de estado final que se mueve en la misma dirección que el haz de electrones de estado inicial en colisiones electrón-positrón), mientras que N _Bes el número de eventos con la partícula de estado final moviéndose "hacia atrás". Los experimentos LEP utilizaron asimetrías hacia adelante y hacia atrás para medir la diferencia en la fuerza de interacción del bosón Z entre los fermiones zurdos y diestros, lo que proporciona una medición precisa del ángulo de mezcla débil.
• Una asimetría izquierda-derecha se define como A _LR =(N _L -N _R)/(N _L +N _R), donde N _L es el número de eventos en los que alguna partícula de estado inicial o final se polariza a la izquierda, mientras que N _R es el número correspondiente de eventos polarizados a la derecha. Las asimetrías izquierda-derecha en la producción y desintegración del bosón Z se midieron en el colisionador lineal de Stanford utilizando las tasas de eventos obtenidas con haces de electrones iniciales polarizados a la izquierda versus polarizados a la derecha. Las asimetrías de izquierda a derecha también se pueden definir como asimetrías en la polarización de partículas de estado final cuyas polarizaciones se pueden medir; por ejemplo, leptones tau.
• Una asimetría de carga o asimetría partícula-antipartícula se define de manera similar. Este tipo de asimetría se ha utilizado para restringir las funciones de distribución de partones de protones en el Tevatron a partir de eventos en los que un bosón W producido se desintegra en un leptón cargado. La asimetría entre los leptones cargados positiva y negativamente en función de la dirección del bosón W en relación con el haz de protones proporciona información sobre las distribuciones relativas de los quarks up y down en el protón. Las asimetrías partícula-antipartícula también se utilizan para extraer mediciones de la violación de CP de la producción de mesones B y mesones anti-B en los experimentos de BaBar y Belle.

Léxico

La asimetría también es relevante para la gramática y la lingüística, especialmente en los contextos del análisis léxico y la gramática transformacional.

Ejemplo de enumeración: en inglés, existen reglas gramaticales para especificar elementos de coordenadas en una enumeración o serie. Existen reglas similares para los lenguajes de programación y la notación matemática. Estas reglas varían, y algunas requieren asimetría léxica para ser consideradas gramaticalmente correctas.

Por ejemplo, en inglés escrito estándar:

   Vendemos gatos, perros y peces dorados domesticados. ### en línea asimétrico y gramatical
   Vendemos animales domésticos (gatos, perros, peces dorados). ### en línea simétrica y gramatical
   Vendemos animales domésticos (gatos, perros, peces dorados,). ### en línea simétrico y agramatical
   Vendemos animales domésticos: ### esquema simétrico y gramatical
     - gatos
     - perros
     - pez dorado