Шрифт:
Тут кто-нибудь воскликнет: «Вы говорили только о расстоянии до точки старта. Но чтобы определить положение точки, нужно знать направление радиуса, вектор. Что скажете?»
Совершенно верно. К счастью, при делении zна два четких класса направление не имеет значения. Результат будет одинаковым, в какую бы сторону вектор ни указывал. Наш пример прост, мы работаем с особым множеством (назовем его «К», то есть квадратичным). Следовательно, можно смело игнорировать направление. Когда же мы придем к более сложному варианту множества Мандельброта, где векторы играют роль, я покажу очень хитрый математический фокус. Он поможет справиться с проблемами за счет использования сложных или воображаемых чисел (на самом деле они не особо сложны и вовсе не воображаемы). Пока в них нет нужды, и я обещаю больше не беспокоить вас подобным.
Множество «К» лежит внутри карты. Все его точки располагаются на окружности с радиусом 1. Она представляет собой непрерывную линию, не имеющую толщины. Если исследовать линию с помощью самого мощного микроскопа, она всегда будет выглядеть одинаково. Вы можете увеличить множество «К» до размеров Вселенной, но не увидите ничего, кроме линии с нулевой толщиной. Однако в ней нет ни одной дырочки; это абсолютно непроницаемый барьер, на веки вечные отделяющий все zменее единицы от zбольше единицы.
Теперь мы наконец готовы рассмотреть множество Мандельброта, где все идеи, подсказанные здравым смыслом, переворачиваются вверх тормашками. Пристегните ремни.
В семидесятые годы двадцатого века французский математик Бенуа Мандельброт, сотрудничавший с Гарвардским университетом и компанией IBM, приступил к исследованию уравнения, впоследствии сделавшего его знаменитым. В динамической форме оно записывается так:
Z<-> z 2 + c
Единственное различие между этой формулой и той, что мы использовали для описания множества «К», это показатель c. Именно он, а не переменная zтеперь является отправной точкой для нашей операции по составлению карты. При первом шаге по спирали zприравнивается к нулю.
Казалось бы, изменение крошечное. Невозможно представить, что за счет него будет сотворена целая вселенная. Мандельброт получил первые приближенные данные только к весне 1980 года, когда на компьютерных распечатках начали появляться смутные закономерности. Он услышал ту китсовскую песню:
…что не раз Влетала в створки тайного окна Над морем сумрачным в стране забвенной [46] .Новое уравнение ставит тот же вопрос, что и предыдущее, и дает на него ответ. Каковы очертания «территории», получающейся при нанесении чисел на карту? Для множества «К» это была окружность с радиусом, равным 1. Давайте внесем эту величину в уравнение Мандельброта и посмотрим, что произойдет. При первых шагах вычисления легко производить в уме. Но спустя несколько десятков итераций даже у суперкомпьютера сгорит процессор.
46
Китс Джон.Ода соловью. Перевод Е. Витковского.
Для начала: z= 0, с= 1. Следовательно, Z= 1
Первая петля: Z= 1 2+ 1 = 2
Вторая: Z= 2 2+ 1 = 5
Третья: Z= 5 2+ 1 = 26
Четвертая: Z= 26 2+ 1… и так далее.
Моих программистских способностей хватило, чтобы однажды заставить компьютер подставить в уравнение числа покрупнее. Машина обыграла меня всего на две итерации, а потом начала округлять:
1, 2, 5, 26, 677, 458330,
21006640000
4412789000000000000000
Тут компьютер сдался, поскольку он не верит, что существуют числа более чем из 38 разрядов.
Однако даже первых двух полученных значений достаточно, чтобы показать: очертания множества Мандельброта должны существенно отличаться от идеальной окружности множества «К». Точка с координатой «1» находится внутри множества «К», и она же определяет ею границу. Точка с таким же расстоянием в множестве Мандельброта может вылезать за границу.
Обратите внимание: я говорю «может», а не «должна». Все зависит от изначального направления относительно начала координат. Пока что мы его игнорировали, поскольку оно не влияло на наш разговор о множестве «К», наделенном абсолютной симметричностью. Как выясняется, множество Мандельброта симметрично только относительно оси X— то есть горизонтали.
Кто-то, возможно, уже догадался об этом, исходя из природы уравнения. Но вряд ли возможно интуитивно определить, как оно выглядит в действительности. Если бы мне задали такой вопрос в девственные «домандельбротовы» времена, я бы, пожалуй, робко предположил: «Наверное, что-то вроде овала, вытянутого вдоль оси Y». Возможно, смекнул бы даже, что картинка будет смешена влево, в направлении минуса.