Бенуа Мандельброт - Фрактальная геометрия природы

Кант возвращает нас к Аристотелю и Лейбницу, а описанные ранее прецеденты могут объяснить, почему Кантор и Ричардсон так часто оказываются похожи друг на друга (по крайней мере, на мой взгляд). Для усиления драматического эффекта, позвольте мне обратиться к опере Верди «II Trovatore» и перефразировать кое-какие из последних слов Асусены, адресованных Луне, «Egl'era tuo fratello».

Эти великие вожди великих движений презирали друг друга и яростно сражались между собой, однако по своим интеллектуальным корням они – братья.

Разумеется, история не в состоянии объяснить тайны непостижимой эффективности математики. Тайна просто-напросто уходит вперед и меняет свой характер. Как же получается так, что смесь из предположений, результатов наблюдений и поисков интроспективно удовлетворительных структур, каковой смесью, по сути, являются рассматриваемые нами здесь древние писания, служит неисчерпаемым источником концепций настолько глубоких, что они до сих пор вдохновляют математиков и физиков на поразительно эффективные разработки (несмотря на то, что и самим этим концепциям уже, казалось бы, пора умереть от старости, и на то, что не выдержали испытания временем и более качественные наблюдения)?

Естественное броуновское движение является «самым значительным из тех фундаментальных феноменов, о котором физики узнали благодаря стараниям биологов» [568]. Открыт этот феномен был биологом (причем задолго до 1800 г.), другой биолог (Роберт Броун) обнаружил в 1828 г., что броуновское движение является по своей природе феноменом не биологическим, но физическим. Последний шаг сыграл в этой истории решающую роль, и, стало быть, броуновским движение называется совсем не зря, хоть некоторые критики и пытаются убедить нас в обратном.

Роберт Броун славен и другими заслугами, а о броуновском движении нет ни слова в его биографии, опубликованной в девятом издании «Британской энциклопедии» (1878). В изданиях с одиннадцатого по тринадцатое (1910 – 1926) о броуновском движении упоминается лишь мимоходом. Ну и, разумеется, в тех изданиях «Британники», которые увидели свет после присуждения Перрену Нобелевской премии в 1926 г., броуновское движение описывается весьма исчерпывающе. О причинах столь неохотного признания физической природы броуновского движения подробно рассказывается в [59] и [452]. Интересующимся могу, кроме того, порекомендовать обратить внимание на общие обзоры в последних изданиях «Британники», а также на труды Перрена [469, 470], Томпсона [568] и Нельсона [442].

События, которым положил начало Броун, достигли своей кульминации в 1905 – 1909 гг., причем теоретическими разработками занимался, в основном, Эйнштейн, а экспериментальными – в основном Перрен. Может создаться впечатление, что Эйнштейном двигало стремление объяснить результаты старых экспериментов, однако на самом деле это не так.

Свою первую статью, посвященную броуновскому движению [129] (перепечатанную позже в [131]), Эйнштейн начал словами: «В настоящей статье показано, что, в соответствии с молекулярно-кинетической теорией теплоты, взвешенные в жидкости тела микроскопических размеров совершают движение, легко видимое под микроскопом и объясняемое тепловым движением молекул. Возможно, что рассматриваемое далее движение идентично так называемому «броуновскому движению молекул». Однако доступные мне источники содержат о последнем явлении настолько неопределенные сведения, что я просто не смог сформировать о нем никакого мнения».

Далее, в статье [130] (также перепечатанной в [131]), читаем: «Вскоре после выхода статьи [129] мне сообщили, что физики – и в первую очередь, Гуи (из Лиона) – на основании непосредственных наблюдений пришли к выводу, что так называемое броуновское движение вызвано иррегулярным тепловым движением молекул жидкости. Как качественные свойства броуновского движения. Так и порядок длины описываемых частицами траекторий полностью согласуются с теоретическими положениями. Я воздержусь здесь от попыток сравнения этих данных с тем весьма скудным экспериментальным материалом, что имеется в моем распоряжении».

Значительно позднее, в письме от 6 января 1948 г., адресованном Мишелю Бессо, Эйнштейн вспоминает, что он «вывел броуновское движение из механики, не подозревая о том, что кто-то уже наблюдал на практике что-либо подобное».

Один остряк заметил однажды, что наименование броуновского движения в честь Роберта Броуна нарушает основной закон эпонимии, который заключается в том, что слава несовместима со столь простыми именами, как Броун. Может быть, именно поэтому я двадцать лет писал о канторовой пыли, прежде чем случайно обнаружил, что честь ее открытия принадлежит некоему Генри Смиту.

Г. Дж. С. Смит (1826 - 1883) в течение долгого времени был почетным профессором геометрии в Оксфорде, и его «Научные труды» многократно издавались и переиздавались (см. [529]). Разделив лавры с Германом Минковским, он посмертно сыграл главную роль в одном странном эпизоде, срежиссированном Эрмитом. Смит также стал одним из первых критиков римановой теории интегрирования. Один остряк (не тот, что прежде) как-то заметил, что если теории интегрирования Архимеда, Коши и Лебега можно смело считать богоданными, то теория Римана, вне всякого сомнения, представляет собой неуклюжее человеческое изобретение. В самом деле, Смит в 1875 г. (см. главу XXV в [529]) показал, что она неприменима к функциям, точки разрыва которых принадлежат определенным множествам. И какие же множества он привел в качестве примера? Канторову пыль (описанную в главе 8) и пыль положительной меры (см. главу 15).

Вито Вольтерра (1860 – 1940) независимо воспроизвел второй контрпример Смита в 1881 г.

Конечно, ни Смит, ни Вольтерра ничего больше не предприняли в отношении своих примеров, так ведь и Кантор в этом смысле никак не отличился! Все это описано у Хокинса [207], книга вышла в 1970 г., и мне очень интересно, почему больше нигде (насколько мне известно) не упоминается имя Смита как первооткрывателя «канторовых» пылевидных множеств?

Масштабная инвариантность в упругих шелковых нитях.Старейшее эмпирическое наблюдение, которое мы сегодня можем интерпретировать как свидетельство масштабной инвариантности в физической системе, было сделано – как это ни удивительно – сто пятьдесят лет назад. Тогда, по настоятельной просьбе Карла Фридриха Гаусса, Вильгельм Вебер занялся исследованием поведения шелковых нитей, применяемых для крепления подвижных катушек в электромагнитных приборах, при натяжении. Он обнаружил, что при приложении к нити нагрузки в продольном направлении происходит некоторое единовременное ее растяжение, причем если систему теперь оставить в покое, то с течением времени растяжение увеличивается. При снятии нагрузки происходит единовременное сжатие, равное по величине первоначальному растяжению, далее длина нити продолжает постепенно уменьшаться до тех пор, пока не достигает своего исходного значения. Остаточные эффекты возмущения следуют закону вида t −γ , т.е. уменьшаются с течением времени гиперболически, а не экспоненциально, чего все ожидали от них тогда – как, впрочем, ожидают и по сей день.