Перечислить математические структуры, выходящие за рамки математики, можно по пальцам. И фракталы входят в их число.
Фракталы - это бесконечно сложные структуры, которые самоподобны в разных масштабах. Они создаются путем многократного повторения простого процесса в непрерывном цикле. Иными словами, насколько сильно вы не приближали бы настоящий фрактал, вы все равно увидите повторение в нем одного и того же узора, представляющего собой форму самого объекта.
Когда открыли фракталы?
Одно из самых ранних применений фракталов появилось задолго до того, как этот термин был введен. Льюис Фрай Ричардсон - английский математик начала XX века прославился тем, что изучал протяженность береговой линии Англии. Он рассудил, что длина береговой линии зависит от длины инструмента измерения. Чем меньше размер инструмента, который вы используете, тем длиннее получается линия. Все из-за того, что при уменьшении масштаба вы начинаете учитывать все больше неровностей.
Доведите это до логического завершения, и в итоге вы получите бесконечно длинную береговую линию, содержащую конечное пространство. Это похоже на парадокс, выдвинутый Хельге фон Кохом и формулированный в Снежинке Коха. Напомним, чтобы построить Снежинку Коха, нужно взять треугольник и превратить центральную треть каждого сегмента в треугольную выпуклость таким образом, чтобы фрактал был симметричным. Каждый выступ, конечно, длиннее исходного сегмента, но все же содержит конечное пространство внутри.
Странно, но вместо того, чтобы сходиться к определенному числу, длина линии начинает двигаться к бесконечности. Математик Бенуа Мандельброт увидел использовал этот пример для изучения концепции фрактальной размерности. Попутно он доказал, что длина береговой линии напрямую зависит от того, как сильно вы будете приближать ее.
Фракталы в природе
После того, как в 1975 году Мандельброт опубликовал свою основополагающую работу о фракталах, одно из первых практических применений появилось в 1978 году, когда Лорен Карпентер захотел создать несколько сгенерированных компьютером гор. Используя фракталы, которые начинались с треугольников, он создал удивительно реалистичный горный хребет.
В 1990-х годах Натан Коэн, вдохновленный снежинкой Коха, создал более компактную радиоантенну, используя только проволоку и плоскогубцы. Сегодня антенны в сотовых телефонах используют такие фракталы, как губка Менгера, фрактал Вичека и фракталы, заполняющие пространство, как способ максимизировать мощность восприятия при минимальном объеме пространства.
Фракталы также встречаются в биологии, медицине, моделировании водоразделов, геофизике и метеорологии (при описании процессов образования облаков и движения воздушных потоков).