Die symmetrischsten Objekte der Welt

Wenn Sie jemals versucht haben, Ihre Haare selbst zu schneiden, wissen Sie, wie schwierig es ist, eine perfekte Symmetrie zu erreichen. Wir schätzen Symmetrie zum Teil so sehr, weil es schwierig ist, sie zu erreichen.

Wir machen Sie auf die fünf symmetrischsten Objekte aufmerksam, die jemals vom Menschen geschaffen wurden, und erklären, warum sie so schwer zu erschaffen sind.

Quarzkreiselrotor für Schwerkraftsonde B.

Im Jahr 2004 wurde die amerikanische Weltraummission Gravity Probe B (GP-B) mit einer Delta II-Rakete ins All gestartet. Sie musste die allgemeine Relativitätstheorie testen. Auf einem Satelliten in der Erdumlaufbahn gab es unter anderem eine Reihe von Gyroskopen, mit denen zwei durch die allgemeine Relativitätstheorie vorhergesagte Phänomene gemessen werden konnten: die Krümmung der Raumzeit ( geodätische Präzession ) und die Krümmung der Raumzeit durch große Objekte ( Mitnahme von Trägheitsreferenzsystemen ). Um diese Phänomene zu messen, mussten Gyroskope unglaublich genau sein. Ein Fehler von mehr als einem Hundertmilliardstel Grad pro Stunde würde das Experiment ruinieren. Die Genauigkeit von Standard-Gyroskopen, die in U-Booten und Militärflugzeugen verwendet werden, ist 10 Millionen Mal schlechter.



Um solch präzise Gyroskope zu bauen, war es notwendig, perfekt symmetrische Rotoren und schnell rotierende Elemente zu erzeugen, damit Gyroskope eine Position im Raum beibehalten konnten. Sie sollten perfekt ausbalanciert und homogen sein. Das GP-B-Team stellte diese kleinen Kugeln aus Blöcken aus reinem Quarz her, die in Brasilien angebaut und in Deutschland gebacken wurden. Die Oberfläche jedes Gyroskops ist nahezu perfekt kugelförmig und unterscheidet sich von der Kugel nicht mehr als einen Zehnmillionstel Zentimeter.

Laut dem Guinness-Buch der Rekorde sind dies die kreisförmigsten Objekte, die jemals geschaffen wurden. Das Stanford-Team, das an ihnen arbeitet, behauptet, dass nur Neutronensterne sphärischer sind.

Siliziumkilogramm des Avogadro-Projekts

Der einzige echte Konkurrent von GP-B auf dem Gebiet der idealen Sphären ist der Ball, der bald das Kilogramm bestimmen wird. Dieser Bereich ist das Ergebnis des Avogadro-Projekts, bei dem nur die Rohstoffkosten eine Million Dollar überstiegen. Ziel ist es, den internationalen Kilogramm-Prototyp (IPK) zu übertreffen und zu ersetzen. Ein Kilogramm ist die letzte Maßeinheit im internationalen Einheitensystem (metrisch), die immer noch durch ein physikalisches Objekt - einen Zylinder aus einer Legierung aus Platin und Iridium - und nicht durch physikalische Prinzipien definiert wird. Dieser Zylinder befindet sich unter drei geschlossenen Glaskappen in einem temperaturgesteuerten Lager in der Nähe von Paris.



Das Problem ist, dass das aktuelle IPK im Vergleich zu 40 ähnlichen Zylindern, die in anderen Ländern gelagert wurden, etwas an Gewicht verloren hat - und dies ist ein schwerwiegender Nachteil eines Objekts zur Bestimmung der Masse. Das Avogadro-Projekt schuf zwei kleine Kugeln von nahezu perfekter Form, die vollständig aus Silizium-28 bestehen und fast immer ein Kilogramm schwer sein sollten. Silizium-28, das in Kugeln verwendet wurde, wurde zuvor in russischen Zentrifugen gereinigt , die einst Atomwaffen hergestellt hatten. Raffiniertes Silizium wurde nach Deutschland geschickt und daraus Kristalle gezüchtet.

Die endgültige Kugel unterscheidet sich nicht um mehr als 25 nm von der idealen und wird höchstwahrscheinlich bald die Kugel mit GP-B von Anfang an verdrängen. "Wenn unsere Kugeln die Größe der Erde hätten, wären die Unregelmäßigkeiten auf ihnen 12 bis 15 mm groß und würden sich nur um 3-5 m von der Kugel unterscheiden", sagte Achim Leistner, Chefspezialist für Optik der Australian State Association wissenschaftliche und angewandte Forschung.

Die Kugeln sind fertig, und jetzt werden Forscher aus verschiedenen Ländern versuchen, die genaue Anzahl der enthaltenen Atome zu berechnen, um eine universelle Vereinbarung über die Masse eines Kilogramms zu treffen.

Gruppe Lee E8

Ohne sich mit den nervigen Eigenschaften der physikalischen Welt zu belasten, können sich Mathematiker unrealistisch symmetrische Strukturen vorstellen. Zum Beispiel ist die Lie-Gruppe E8 eine Menge von 248 verschiedenen Symmetrieformen, die auf ein theoretisches 57-dimensionales Objekt anwendbar sind. Die Struktur wurde Ende des 19. Jahrhunderts erfunden, aber erst kürzlich kündigten Forscher aus Großbritannien und Deutschland die Schaffung eines physikalischen Systems an, das E8 in der realen Welt darstellt.


Computerbildstickerei

Um die E8-Symmetrien zu sehen, kühlten die Forscher einen Kobalt- und Niobkristall auf Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt ab. Dann platzierten sie den Kristall in einem Magnetfeld und mit zunehmender Stärke begannen sich die Elektronenspins im Kristall gemäß der E8-Struktur auszurichten. Die Beobachtung dieser Symmetrie spricht nicht nur von der Möglichkeit, sehr symmetrische Systeme zu erzeugen, sondern zeigt auch, dass in der Quantenwelt verborgene Symmetrien existieren, die die Selbstorganisation von Elektronen bestimmen.

Taj Mahal

Die meisten Menschen werden niemals auf eine GP-B-Kugel oder ein Kilogramm Silizium-28 stoßen. Aber sie werden eine überraschend symmetrische Struktur sehen können, wenn sie Indien besuchen. Das Taj Mahal wurde von Padishah Shah Jahan als Mausoleum in Erinnerung an seine Frau Mumtaz Mahal erbaut, die während der Geburt des 14. Kindes starb. Jahan wollte, dass das Gebäude eine harmonische Beziehung darstellt, und bat den Architekten, etwas bilateral Symmetrisches darzustellen. Das Ergebnis ist ein Gebäude, in dem symmetrische Details von Nahaufnahmen bis zu dekorativen Elementen gefunden werden.



Das Taj Mahal wird oft als Schlüsselbeispiel für Symmetrie in Gebäuden bezeichnet, aber es ist schwierig festzustellen, welches der jemals gebauten Gebäude perfekt symmetrisch war, da viele Architekten bei ihren Entwürfen Symmetrie verwendeten. Mathematik und Architektur sind seit vielen Jahren eine Disziplin, und Architekten schätzten Gebäude, die genauso aussahen wie ihr Spiegelbild.

Obsidian-Ohrentunnel

Etwas künstliches und gleichzeitig sehr symmetrisches zu schaffen, ist trotz der gegenwärtigen technologischen Entwicklung schwierig. Die Entdeckung dieses überraschend symmetrischen Ohrschmucks, der Hunderten von Jahren zugeschrieben wird, begeisterte daher Verschwörungstheoretiker, die behaupten, dass sie im Prinzip ohne moderne Werkzeuge nicht hergestellt werden könnten. Archäologen stimmen dem nicht zu. Diese Stecker werden wirklich überraschend geschickt hergestellt, aber sie wurden nicht von Außerirdischen oder Jokern auf modernen Maschinen hergestellt, sondern von besonders erfahrenen Azteken . Archäologen, Abreißer und Werkstätten, in denen sie hergestellt wurden, sagen, dass viele von ihnen mit Stein, Keramik und Holzwerkzeugen hergestellt wurden.



"Es ist nicht nur erstaunlich, dass sie mit solcher Geschicklichkeit und Präzision geschaffen wurden, sondern auch, dass sie bis heute überlebt haben, ohne niedergeschlagen zu werden", sagte John Millhauser, Anthropologe an der North Carolina State University, der Ähnliches fand Tunnel in der Stadt Xaltokan , nördlich von Mexiko-Stadt. Selbst wenn sie übernatürlich aussehen, dienen sie nur als Beispiel für erstaunliche Handwerkskunst.