Алекс в стране чисел. Необычайное путешествие в волшебный мир математики - [86]
Как листья обвивают стебель по спирали
Угол 137,5 градуса известен как золотой угол. Это тот угол, который получается, когда мы делим угол 360 градусов на два угла так, что отношение большего угла к меньшему равно фи, то есть 1,618. Получаемые два угла составляют 222,5 градуса и 137,5 градуса (с точностью до одного знака после запятой). Меньший из двух и есть золотой угол.
С математической точки зрения причина, по которой золотой угол обеспечивает наилучшую организацию расположения листьев вокруг ствола, связана с концепцией иррациональных чисел — то есть таких чисел, которые невозможно выразить в виде дроби. Если некий угол равен иррациональному числу, то сколько бы оборотов мы ни делали вокруг окружности, мы никогда не вернемся к начальному положению. Перефразируя Оруэлла, можно сказать, что некоторые иррациональные числа более иррациональны, чем другие. И ни одно число не является более иррациональным, чем золотое сечение. (Краткое объяснение дается в приложении 6 на сайте, посвященном данной книге.)
Золотой угол объясняет, почему на стебле растения, как правило, число листьев и число оборотов, после которого лист прорастает более или менее точно над первым, дается одним из чисел Фибоначчи. Например, у роз 5 листьев на каждые 2 оборота, у астр — 8 листьев на каждые 3 оборота, а миндальные деревья имеют 13 листьев на каждые 5 оборотов. Числа Фибоначчи возникают здесь потому, что они дают наилучшее приближение к золотому углу среди углов, выраженных в виде отношения целых чисел. Если растение выпускает 8 листьев на каждые 3 оборота, то каждый следующий лист прорастает через >3/>8 оборота, что соответствует 135 градусам — очень хорошее приближение к золотому углу.
Но самым поразительным образом уникальные свойства золотого угла проявляются в расположении семян. Представим себе, что семена сначала возникают в центре цветка, и далее ряды следуют, заворачиваясь под фиксированным углом. Новые семена выталкивают старые все дальше и дальше от центра. На рисунке показаны различные расположения семян, возникающие при различных величинах этого угла: немного меньше золотого, в точности равный ему и чуть-чуть больше.
Неожиданным здесь оказывается то, сколь малое изменение угла влечет колоссальное изменение в расположении семян. Если угол в точности равен золотому, соцветие подсолнуха представляет собой завораживающий узор из взаимопроникающих логарифмических спиралей. Это самое компактное из всех возможных расположений. Природа выбирает золотой угол из-за этой компактности — семена располагаются очень тесно друг к другу, и весь организм от этого становится сильнее.
В конце XIX столетия немецкий философ и поэт Адольф Цейзинг (1810–1876) самым настойчивым образом продвигал идею о том, что золотая пропорция представляет собой воплощение красоты, — он писал, что золотое сечение — это универсальный закон, «который, как высший духовный идеал, пронизывает все структуры, формы и пропорции, будь они космические или индивидуальные, органические или неорганические, акустические или оптические, и при этом он находит свое высшее воплощение в человеке». Цейзинг был первым, кто заявил, что фасад Парфенона имеет форму золотого прямоугольника. В действительности нет документальных свидетельств, что те, кто отвечал за сей архитектурный проект (а среди них был скульптор Фидий), использовали золотое сечение. Более того, если приглядеться, то золотой прямоугольник не вполне точно подходит к фасаду — края цоколя выступают наружу. И тем не менее именно имя строителя Парфенона Фидия около 1909 года побудило американского математика Марка Барра обозначить золотое сечение буквой φ.
Несмотря на эксцентричный стиль работ Цейзинга, его на полном серьезе воспринял Густав Фехнер (1801–1887) — известный немецкий ученый, один из основателей психофизиологии. Желая выяснить, действительно ли имеются какие-либо эмпирические свидетельства в пользу того, что человеческая мысль воспринимает золотой прямоугольник как более совершенный по сравнению со всеми другими видами прямоугольников, Фехнер изобрел тест, в котором испытуемым показывали ряд различных прямоугольников и просили указать на те, которые им больше понравились.
Результаты Фехнера, казалось, подтвердили идеи Цейзинга. Чаще всего выбирали прямоугольник, наиболее близкий к золотому, — его предпочитали больше трети испытуемых. И хотя методы Фехнера были достаточно грубыми, его «прямоугольные» тесты открыли новое направление в науке — экспериментальную психологию искусства, а заодно и более узкую дисциплину — «эстетику прямоугольников». Многие физиологи провели аналогичные исследования на тему привлекательности прямоугольников, что на самом деле не столь абсурдно, сколь это звучит. Ведь если существует «самый желанный» прямоугольник, то именно эту форму должны использовать дизайнеры при создании коммерческой продукции. И в самом деле, кредитные карты, пачки сигарет и книги часто приближаются по пропорциям к золотому прямоугольнику. К несчастью для фанатов числа фи, самые недавние и подробные исследования, проведенные группой Криса Макмануса из Лондонского университетского колледжа показывают, что Фехнер был не прав. В статье, опубликованной в 2008 году, говорится, что «более столетия экспериментальных исследований показывают, что золотое сечение в действительности играет незначительную роль при выборе наиболее предпочтительных форм прямоугольников». И тем не менее авторы этой статьи не считают, что подобные тесты — пустая трата времени. Вовсе нет. Они утверждают, что в эстетическом восприятии прямоугольников разными людьми важную роль играют их индивидуальные различия, которые несомненно заслуживают дальнейших исследований.
