¿Por qué son tan comunes las formas esféricas en el universo?

Question

Tengo una pregunta simple. ¿Por qué la mayoría de los objetos en el universo observable son esféricos? ¿Por qué no cónicos, cúbicos, cuboidales, por ejemplo? Estoy proporcionando algunos puntos para justificar esta afirmación:

1. La mayoría de los planetas en el universo son esferoides.

2. Otros cuerpos celestes (por ejemplo: estrellas y lunas) también son esféricos.

3. Incluso partículas elementales como los átomos se describen mejor como esferas (admito que no tienen límites bien definidos, pero aún así usamos términos como radio atómico al describir los átomos.)

Entonces, mi pregunta principal se reduce a esta única línea:

¿Por qué la forma esférica es tan ubicua en el universo observable (tanto en el mundo microscópico como en el macroscópico)?

Answer 1

La relación superficie-volumen es la menor para un objeto esférico. Esto significa que una esfera para fuerzas atractivas tendrá la energía de enlace más alta. Todos los objetos tienden a un estado de energía potencial más baja y para un objeto esférico del mismo volumen la energía potencial sería mínima.

Answer 2

Aunque las formas de Toro/Donut son de las formas más comunes en el universo transparente e invisible, como las Magnetosferas de varios planetas y galaxias, lo que los humanos pueden discernir fácilmente son acumulaciones densas de gravedad y electrostáticas, que en tres dimensiones observables se fusionan en esferas.

Si estás en el espacio en una estación, puedes agregar gotas de un líquido como agua y las fuerzas electrostáticas, en lugar de la gravedad, formarán una esfera de agua clara, tambaleándose por los cambios en el flujo de aire. Las esferas uniformes adquieren superficies más limpias a medida que sus componentes individuales luchan por la misma distancia desde el centro.

Answer 3

Seguí leyendo y leyendo y no podía creer que no encontraba nada sobre el equilibrio hidrostático.... Hasta que lo hice. En el espacio, cuando un objeto tiene suficiente masa, SIEMPRE tomará la forma de una esfera (o un esferoide oblato) debido al equilibrio hidrostático.

En realidad, este es uno de los requisitos para que un cuerpo celeste sea clasificado como planeta, según la definición de la UAI.

Las estrellas son una historia diferente, pero el mismo principio se puede aplicar.

Las estrellas y los planetas son esféricos porque tienen que serlo. La masa y la gravedad no les permitirán tomar ninguna otra configuración. Pero en mi opinión, ahí es donde se detiene la forma esférica.

La mayoría de los otros objetos en la naturaleza toman la mejor configuración que sirva a su propósito.

Piensa en un árbol - ramas y hojas extendiéndose en todas las direcciones disponibles. ¿Por qué? Porque esta es la mejor manera de recibir la máxima cantidad de luz solar para la fotosíntesis.

La escalera de doble hélice del ADN, la manera en que el carbono es la molécula más fácil de construir cadenas... La lista sigue y sigue.

Desde el mundo cuántico hasta las estructuras más grandes en el universo, cada objeto toma la configuración que mejor le permite existir y servir a su propósito, y aunque siempre será la forma esférica para los cuerpos celestes con suficiente masa, rara vez es el caso para cualquier otra cosa en el universo. De hecho, yo diría que la espiral es la más común.

Answer 4

En un sentido más amplio: La esfera es la superficie más pequeña que encierra un volumen dado.

La esfera es la solución a uno de los problemas de optimización más generales en la geometría tridimensional.

Esto la convierte, en su naturaleza isotrópica, en la solución a muchos problemas de optimización física, por ejemplo encontrar la configuración de energía potencial mínima de un grumo de materia, la superficie de menor energía potencial de una burbuja de jabón que encierra una cantidad de gas, la solución más simple para un solo electrón girando alrededor de un protón, etc. Si lo desea, eso es una consecuencia de un isomorfismo (o, quizás, homomorfismo) de matemáticas y naturaleza. Esa similitud estructural no es sorprendente; las matemáticas, prácticamente así como conceptualmente — porque son concebidas por seres humanos que viven en el mundo tal como es —, están arraigadas en la naturaleza.

Los sistemas naturales, sin influencias externas, solo pueden moverse espontáneamente en la dirección de menor energía potencial porque el camino desde cualquier otro estado hacia allí libera energía (se emiten fotones, se genera calor). Abandonar el estado de menor energía potencial requiere una entrada de energía (calentamiento, absorción de fotones) o, más generalmente, una influencia externa. El resultado en este último caso es, por supuesto, la menor energía potencial para todo el sistema.

La esfera es la solución ideal para tales problemas en ausencia de cualquier perturbación, por eso ninguna de las formas existentes son esferas — por ejemplo, ninguno de los cuerpos celestes es exactamente esférico ;-).