Песни далекой Земли [сборник]

Кларк Артур Чарльз

«Красота фракталов» (Х.-О. Пайтген, П. X. Рихтер, Ферлаг, 1986) стала первой книгой, где множество представлено в великолепных техниколоровских цветах. В ней содержится увлекательное (местами просто поразительное) эссе доктора Мандельброта о происхождении и открытии (или, вернее сказать, — изобретении?) множества. Более поздние достижения ученый описывает в «Науке фрактальных изображений» (Шпрингер ферлаг, 1988). Обе указанные книги предназначены для профессионалов.

Гораздо доступнее для неподготовленного читателя, желающего разобраться в вопросе, книга А. К. Дьюдни «Вселенная в кресле» (У. X. Фримен, 1988). В ней содержится статья 1985 года из «Сайентифик америкен» и коды программ для персонального компьютера, а также информация о них. Мне очень приглянулась

программа «Mand FXP». Я активно пользовался ею на компьютере «Амига 2000». Работая над телевизионным документальным фильмом «Бог, Вселенная и все остальное» для четвертого британского телеканала, я получил редкую возможность продемонстрировать Стивену Хокинсу несколько великолепных «черных дыр». Они получились при расширении множества до размеров, сравнимых с расстоянием от Земли до Марса.

Думаю, можно не упоминать, что существуют журналы для фанатов множества Мандельброта. В них публикуют советы, как заставить программы работать быстрее, а также заметки исследователей далеких регионов множества. Иногда проскакивают даже образчики нового жанрового направления, так называемого фрактал-фикшн.

Лучше всего оценить красоту множества Мандельброта помогают специальные видеозаписи, обычно сопровождаемые музыкой. Самая знаменитая из них — «Ничего, кроме зумов» («Nothing but zooms») производства «Арт матрикс». Также большое наслаждение доставил мне «Фрактальный балет» («А Fractal Ballet») от «Фрактал стэфф компани».

Строго говоря, «Крайний Запад» множества Мандельброта точно равен -2, а не -1,99999 и до бесконечности, как утверждается в главе 18. Кого-нибудь интересует, в чем разница?

Не знаю, встречаются ли в реальной жизни случаи «мандельмании», но, думаю, после выхода книги сообщения о них могут появиться. Заранее снимаю с себя всякую ответственность.

ПРИЛОЖЕНИЕ: ЦВЕТА БЕСКОНЕЧНОСТИ

В ноябре 1989 года в городе Риад (Саудовская Аравия) мне вручали награду за особые достижения от Ассоциации исследователей Космоса. Я имел возможность выступить перед самым большим в истории числом астронавтов и космонавтов, собравшихся под одной крышей. Их было больше пятидесяти. Присутствовали Эдвин Олдрин и Майк Коллинз из экипажа «Аполлона-11» и Алексей Леонов, совершивший «первую прогулку» в космос (его уже не смущает, что моя книга «2010, Одиссея-два» содержит посвящение ему и Андрею Сахарову). Я решил немного расширить кругозор собравшихся и продемонстрировать им нечто грандиозное. Мы с астронавтом Салманом бен Абдул-Азизом представили вниманию аудитории роскошно иллюстрированную лекцию «Цвета бесконечности. Исследование фрактальной Вселенной».

Нижеприведенный материал содержит выдержки из моего выступления. Еще один отрывок из него появляется в начале 15-й главы. Очень жаль, что в рамках книги нельзя проиллюстрировать текст великолепными 35-миллиметровыми слайдами и видеороликами, которые я использовал в Риаде.

Сегодня все знакомы с графиками. Особенно привычен график, на кагором по горизонтали откладывается время, а по вертикали — неуклонно растущая стоимость жизни. Мысль, что каждая точка на плоскости описывается двумя числами, обычно называемыми хи у,теперь очевидна. Невозможно представить, как математический мир дожил без этого знания до 1637 года, когда Декарт наконец представил свою теорию.

Последствия этой простейшей идеи не перестают удивлять до сих пор. Самому поразительному открытию, совершенному благодаря Декартову изобретению, в момент написания книги исполняется десять лет. Оно называется множеством Мандельброта. Очень скоро вы увидите его повсюду — в рисунках на тканях, обоях и линолеуме, в дизайне ювелирных украшений. Опасаюсь, что множество Мандельброта станет появляться на экранах ваших телевизоров при каждом выпуске рекламы.

Однако самым невероятным свойством множества является его изначальная

простота. Любой школьник способен понять, как оно образуется. Для современной математики такое почти невероятно. Чтобы получить множество Мандельброта, достаточно простейших действий — сложения и умножения. Нет нужды в вычитании и, упаси бог, делении; о более экзотических тварях из математического зверинца не стану даже упоминать.

В цивилизованном мире найдется мало людей, не сталкивавшихся со знаменитой формулой Эйнштейна Е = mc ².Лишь единицы сочтут ее безнадежно сложной для понимания. Уравнение, определяющее множество Мандельброта, содержит такое же количество обозначений и выглядит очень похоже. Вот так:

Z = z ²+ c

Не особо страшно. Между тем времени жизни Вселенной не хватит, чтобы исследовать все расширения этого уравнения.

Буквы zи cсимволизируют числа, а не физические величины типа массы и энергии, как у Эйнштейна. Это координаты, обозначающие положение точки. Уравнение описывает, как точка движется по плоскости, и позволяет выявить закономерность.

Приведу простейшую аналогию. Все видели детские книжки со страницами, усыпанными цифрами. Если соединять цифры линией в правильном порядке, обнаруживаются скрытые, порой удивительные, картинки. Изображение на телевизионном экране получается путем применения того же принципа в значительно усложненном виде.

Теоретически каждый, умеющий складывать и умножать, способен построить множество Мандельброта с помощью ручки или карандаша на листке бумаги в клеточку. Однако, как мы увидим позже, существуют практические сложности. Главная из них в том, что жизнь человека редко длится больше ста лет. Поэтому множество Мандельброта создают не вручную, а с помощью компьютера и демонстрируют на дисплеях.

Есть два способа определить координаты точки в пространстве. Один используется чаще, другой реже. В первом требуется некая вспомогательная решетка — восток-запад, север-юг — либо вертикальная ось Yи горизонтальная ось Xна разграфленной бумаге. Вторая система применяется, например, в радарах. Благодаря бесчисленным кинофильмам теперь она знакома почти всем. Положение объекта задается, во-первых, расстоянием до точки отсчета и, во-вторых, направлением движения в системе географических координат. Так получилось, что эта система естественна для человека — вы пользуетесь ею машинально при любой игре с мячом. Вам важны расстояния и углы. Точкой отсчета являетесь вы сами.

Представьте, что дисплей компьютера — это экран радара. На нем — одна точка, за движением которой будет следить множество Мандельброта. Прежде чем мы включим наш радар, хотелось бы упростить уравнение еще больше, вот так:

Z= z ²

Я отбросил си оставил только z.Давайте определим их более точно.

Маленькая буква z— первоначальный диапазон точки, дистанция, с которой она стартует. Большая Z— расстояние от старта до финиша. Если изначально точка отстояла от нас на 2 единицы, повинуясь уравнению, она сразу прыгнет на 4.

Пока ничего особо волнующего. Но теперь наступает черед модификации, приводящей к серьезным отличиям:

Z <-> z ²

Знак равенства заменен двойной стрелочкой. Напоминает знак двустороннего движения, показывающий, что числа плывут в обоих направлениях. На этот раз мы не остановимся на Z= 4; мы присвоим полученное число новому zи моментально получим вторую величину Zто есть 16, и так далее. Очень скоро образуется последовательность: