混沌的秘密,不可思议地隐藏在分形的世界里。
分形(fractal),该术语最早是由美国数学家曼德勃罗(Mandelbrot)于1973年提出。
曼德勃罗(1924-2010)(图片来源网络)
在其名著《大自然的分形几何学》中,曼德勃罗开创了分形几何学。分形几何以及与其相关的非线性理论,很快就显示出强大的生命力,其影响迅速遍及科学和社会的每个角落。许多学科中的难题,因为分形的介入而焕然一新。如梦初醒的科学家才发现,原来分形的身影已经在世界上默默存在了数亿年,从地球诞生始就向大自然昭示其深邃的奥秘。
植物的分形(图片来源:网络)
生活中常见的花菜、雷雨过后的闪电、凛冬漫天飞舞的雪花、贝壳身上的螺旋图案,小至各种植物的结构及形态,遍布人体全身纵横交错的血管,大到天空中聚散不定的白云、连绵起伏的群山,它们都或多或少表现出分形的特征。乍看起来杂乱无章的分形,原来是大自然的基本存在形式,无处不在,随处可见。
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分形如此广泛地分布在自然界中,却又与千百年来的智者擦肩而过。它的发现,正式揭开了大自然最迷人和动人的奥义之一。
早在两千多年前的古希腊时代,人们最杰出的成就来自数论与几何,特别是欧几里得几何的建立,更使得几何学成为最严格和易于把握的公理化体系。
几何研究的对象是图形。为了研究不同的几何对象,人们倾向于把它们进行归类。从点、线、面到立体,人们的思维逐渐扩展开来。渐渐地,人们意识到区别几何图形的重要分水岭:维度。直线和曲线是一维的图形,平面则是二维的图形,立体则属于三维的空间。