Спонтанная эволюция: Позитивное будущее и как туда добраться - [105]
Построение двумерной снежинки Коха начинается с простого равностороннего треугольника. Далее начинается итерирование, суть которого состоит в следующем: на каждой стороне треугольника строим новый равносторонний треугольник, периметр которого равен длине стороны, на которой он построен; применяя эту формулу снова и снова, мы будем добавлять на каждую вновь созданную сторону все меньшие и меньшие треугольнички.
Снежинка Коха — пример итерированной структуры, созданной на основе двумерного объекта. При итерировании трехмерных объектов результат получается еще более сложным.
Задумайтесь над следующим фактом: все виды животных на планете, от червей до кашалотов, представляют собой многомерные системы, состоящие, по сути, из итерированных клеточных структур. Эти сложные системы (организмы), а также среда, где они обитают, — хаотичны. Однако, когда мы применяем математическое моделирование, они становятся — вы готовы это услышать? — предсказуемыми!
Именно эту концепцию предсказуемого хаоса имел в виду Галилео Галилей, когда сказал: «Математика — это язык, на котором Бог написал Вселенную».
На примере снежинки Коха мы видим, как из такой простой геометрической формы, как равносторонний треугольник, мы можем получать все более сложные фигуры
На приведенной выше иллюстрации исходный треугольник А изображен светло-серым цветом. Результаты каждого нового итерирования изображены все более темными (фигуры Б, В и Г). Насколько сложные объекты позволяет создать этот процесс, видно на рисунке Д, где все треугольники слиты в одну фигуру. При сравнении простого треугольника, с которого все началось, с результатами каждого последующего применения нашей формулы, становится очевидно, что каждое итерирование значительно увеличивает сложность фигуры.
Итак, все, что нам требуется, — это выяснить, какие математические уравнения использовались при создании Вселенной. Тогда можно будет понять, как мы сюда попали и куда движемся. Поскольку мы пытаемся понять структуры окружающей среды и, в частности, то, как они соотносятся с биосферой, нам нужно обнаружить те математические формулы, с помощью которых Природа организовала в пространстве физические объекты.
Такая задача подразумевает использование геометрии, ибо по определению этот раздел математики особо занимается свойствами, мерами и взаимоотношениями структур в пространстве. Геометрия играет столь фундаментальную роль в организации Вселенной, что Платон еще задолго до Галилея заключил: «Геометрия существовала до мироздания».
Вплоть до 1975 года широкая публика была знакома только с принципами евклидовой геометрии, которая изложена в 13-томном древнегреческом труде Евклида «Начала», написанном около 300 года до нашей эры. Именно эту геометрию большинство из нас изучали в школах, когда рисовали в своих тетрадках кубы, шары и конусы. При помощи геометрии Евклида люди сумели описать движение небесных тел, построить величественные здания, разбить строго упорядоченные сады, сконструировать космические корабли и сложнейшее оружие.
Однако формулы, используемые геометрией Евклида, не применимы, когда дело доходит до Природы. Например, какое дерево вы сможете создать при помощи стандартных идеальных форм евклидовой геометрии? Вспомните-ка то дерево, которое вы рисовали в детском саду: круг, насаженный на продолговатый прямоугольник. Ваша воспитательница, несомненно, соглашалась, что на рисунке изображено именно дерево, но эта картинка описывала дерево не лучше, чем схематический портрет «точка-точка-запятая» описывает человека.
Вооружившись знанием евклидовой геометрии и циркулем, вы можете начертить безупречную окружность. Но безупречное, и даже реалистическое, дерево при помощи геометрии не изобразишь. И точно так же не нарисуешь с ее помощью жука, гору, облако или любой другой привычный нам природный объект. Геометрия Евклида пасует, когда речь заходит об описании естественных природных структур. Так где же нам искать ту математику, о которой говорили Платон и Галилей, — математику, описывающую дизайнерские принципы, используемые Природой?
Ключ к этой загадке впервые попал к людям в руки около девяноста лет назад, когда молодой французский математик Гастон Жюлиа опубликовал статью о своей работе с итерированными функциями. Он оперировал сравнительно простой формулой, где использовалось лишь умножение и сложение. Чтобы визуализировать закодированный в его уравнении образ, так называемый фрактал, Жюлиа пришлось бы повторить процедуру итерации миллионы раз, на что ушли бы десятилетия. Так что он так никогда и не увидел зримого воплощения своих идей.
Глубочайшее содержание формулы Жюлиа раскрылось лишь в 1975 году, когда его уравнение было обработано при помощи компьютеров. Первым человеком, воочию увидевшим то, что Жюлиа мог только представлять, был математик Бенуа Мандельброт, работавший в вычислительной лаборатории IBM и занимавшийся анализом закономерностей в хаотических системах. Мандельброт был потрясен изысканной органичностью и бесконечной сложностью генерируемых фрактальными формулами образов. Он видел, как на любом уровне в них обнаруживаются повторяющиеся автомодельные структуры. И сколько бы Мандельброт ни увеличивал графический образ, составляющие его структуры оставались неизменными.
