Što ako je matematika temeljni dio prirode, a ne nešto što su ljudi smislili?

Priroda je nezaustavljiva sila, i to prelijepa. Kamo god pogledate, svijet prirode je prožet zadivljujućim uzorcima koji se mogu opisati matematikom. Od pčela do krvnih žila, paprati do očnjaka, matematika može objasniti kako nastaje takva ljepota.

Matematika se često opisuje na ovaj način, kao jezik ili alat koji su ljudi stvorili da opisuju svijet oko sebe, s preciznošću. Ali postoji još jedna škola mišljenja koja sugerira da je matematika zapravo ono od čega je svijet napravljen; da priroda slijedi ista jednostavna pravila, uvijek iznova, jer matematika podupire temeljne zakone fizičkog svijeta. To bi značilo da je matematika postojala u prirodi mnogo prije nego što su je ljudi izmislili, smatra filozof Sam Baron s Australskog Katoličkog Sveučilišta.

"Ako matematika objašnjava toliko stvari koje vidimo oko sebe, onda je malo vjerojatno da je matematika nešto što smo mi stvorili", piše Baron.

Umjesto toga, ako razmišljamo o matematici kao o bitnoj komponenti prirode koja daje strukturu fizičkom svijetu, kao što Baron i drugi sugeriraju, to bi nas moglo potaknuti da preispitamo svoje mjesto u njemu umjesto da uživamo u vlastitoj kreativnosti.

Svijet napravljen od matematike

Ovo razmišljanje datira još od grčkog filozofa Pitagore, koji je bio prvi koji je matematiku identificirao kao jedan od dva jezika koji mogu objasniti arhitekturu prirode; drugi je glazba. Mislio je da su sve stvari napravljene od brojeva; da je Svemir 'napravljen' od matematike, kako to Baron kaže.

Više od dva tisućljeća kasnije, znanstvenici se još uvijek trude otkriti gdje i kako se matematički obrasci pojavljuju u prirodi, kako bi odgovorili na neka velika pitanja – poput zašto cvjetača izgleda neobično savršeno.

"Proveli smo mnoge sate mahnito rastavljajući cvjetove [cvjetače], brojeći ih, mjereći kutove između njih", piše matematičar sa Sveučilišta Nottingham Etienne Farcot, koji je proučavao rast cvjetače u pokušaju da shvati ove "tajnovite kupusnjače".

Fraktali su izvrsni, samoponavljajući uzorci koji se, osim nekih cvjetača, nalaze i u listovima paprati, razgranatim krvnim žilama i prstenovima Saturna. Fraktali su geometrijski oblici sastavljeni od sve manjih kopija samih sebe, stvarajući očaravajuću 'samosličnost' koja je beskonačno duboka. Iako su samo matematički ili računalno generirani fraktali uistinu savršeni fraktali, priroda je prilično blizu.

"Ovi ponavljajući obrasci su posvuda u prirodi", kaže matematičar Thomas Britz sa Sveučilišta New South Wales u Sydneyu u Australiji. "U snježnim pahuljama, riječnim mrežama, cvijeću, drveću, udarima munje - čak i u našim krvnim žilama."

Dio šarma fraktala je u tome što oni pomažu objasniti kako se složenost rađa iz jednostavnosti. Kao što je Benoît Mandelbröt, poljski matematičar koji je skovao termin fraktal, rekao 2010.: "Čuda bez dna izviru iz jednostavnih pravila koja se ponavljaju bez kraja."

Razgranati riječni sustavi također stvaraju gotovo savršene fraktalne uzorke u krajoliku. Ti su obrasci toliko postojani da su u jednom slučaju arheolozi tražili fraktale koji nedostaju kako bi zaključili da su drevni Egipćani možda modificirali riječne kanale kada su gradili piramide u blizini.

Kukci također slijede matematička načela

Znali to ili ne, pčele grade šesterokutno saće na način koji proizvodi najviše prostora za pohranu koristeći najmanje materijala – teorija poznata kao 'pretpostavka saća' koju je konačno demonstrirao američki matematičar Thomas Hales 1999. godine.

Neke vrste cikada također imaju životni ciklus usmjeren prema prostim brojevima. Rojevi dviju sjevernoameričkih vrsta izlaze iz svojih podzemnih jazbina svakih 13 ili 17 godina, što je trik za koji znanstvenici misle da pomaže cikadama da izbjegnu grabežljivce s pravilnijim ritmom.

Ne zaboravimo 'omiljene' brojeve prirode, Fibonaccijeve brojeve, gdje je svaki broj u nizu zbroj prethodna dva. Fibonaccijevi brojevi se vide u sjemenkama suncokreta, šišarki i ananasu. Spiralne galaksije i školjke nautilusa također oponašaju takozvane zlatne spirale rastući u logaritamskom omjeru sa svakom četvrtinom okreta.

No, iako se matematički obrasci mogu vidjeti posvuda u prirodi, nedavna otkrića sugeriraju da je veza između matematike i prirode još dublja, na način koji tek počinjemo cijeniti.

Prošle godine, istraživači su otkrili ono što su opisali kao dosad nepoznati zakon prirode: obrazac rasta koji opisuje kako se šiljasti oblici uvijek iznova formiraju u prirodi - od zuba morskog psa i paukovih očnjaka do ptičjih kljunova i rogova dinosaura.

"Različitost životinja, pa čak i biljaka, koje slijede ovo pravilo je zapanjujuća", rekao je evolucijski biolog Alistair Evans sa Sveučilišta Monash u Australiji u vrijeme kada su otkrili matematičku formulu, nazvanu 'kaskada moći'. "Pronašli smo ga gotovo svugdje gdje smo gledali po kraljevstvima života - u živim životinjama, i onima koje su izumrle milijunima godina."

Još 2015. znanstvenici su također bili oduševljeni pronaći klasičnu formulu za Pi – uvijek konstantan omjer između opsega kruga i njegovog promjera – koji se krije u atomima vodika. Na zaobilazan način, to nas otkriće vraća na ideju da matematika pruža strukturni okvir za fizički svijet.

Izvor: Science Alert