В чувственных вещах математические объекты не существуют, так как “находиться в том же самом месте два тела не в состоянии”;

1. В чувственных вещах математические объекты не существуют, так как “находиться в том же самом месте два тела не в состоянии”;

2. “Невозможно и то, чтобы такие реальности существовали обособленно”.

Аристотель считал предметом математики “количественную опреде­ленность и непрерывность”. В его трактовке “количеством называется то, что может быть разделено на составные части, каждая из кото­рых ...является чем-то одним, данным налицо. То или другое количест­во есть множество, если его можно счесть, это величина, если его можно измерить”. Множеством при этом называется то, “что в возмож­ности (потенциально) делится на части не непрерывные, величиною ­то, что делится на части непрерывные”. Прежде чем дать определение непрерывности, Аристотель рассматривает понятие бесконечного, так как “оно относится к категории количества” и проявляется прежде все­го в непрерывном. “Что бесконечное существует, уверенность в этом возникает у исследователей из пяти оснований: из времени (ибо оно бесконечно); из разделения величин..; далее, только таким образом не иссякнут возникновение и уничтожение, если будет бесконечное, откуда берется возникающее.

Далее, из того, что конечное всегда граничит с чем-нибудь, так как необходимо, чтобы одно всегда граничило с дру­гим. Но больше всего -...на том основании, что мышление не останав­ливается: и число кажется бесконечным, и математические величины”. Существует ли бесконечное как отдельная сущность или оно является акциденцией величины или множества? Аристотель принимает второй ва­риант, так как “если бесконечное не есть ни величина, ни множество, а само является сущностью..., то оно будет неделимо, так как делимое будет или величиной, или множеством. Если же оно не делимо, оно не бесконечно в смысле непроходимого до конца”. Невозможность математи­ческого бесконечного как неделимого следует из того, что математи­ческий объект - отвлечение от физического тела, а “актуально недели­мое бесконечное тело не существует”. Число “как что-то отдельное и в то же время бесконечное” не существует, ведь “...если возможно пе­ресчитать счислимое, то будет возможность пройти до конца и беско­нечное”. Таким образом, бесконечность здесь в потенции существует, актуально же - нет.

Опираясь на изложенное выше понимание бесконечного, Аристотель определяет непрерывность и прерывность. Так, “непрерывное есть само по себе нечто смежное. Смежное есть то, что, следуя за другим, каса­ется его”. Число как типично прерывное (дискретное) образование фор­мируется соединением дискретных, далее неделимых элементов - единиц. Геометрическим аналогом единицы является точка; при этом соединение точек не может образовать линию, так как “точкам, из которых было бы составлено непрерывное, необходимо или быть непрерывными, или ка­саться друг друга”. Но непрерывными они не будут: “ведь края точек не образуют чего-нибудь единого, так как у неделимого нет ни края, ни другой части”. Точки не могут и касаться друг друга, поскольку касаются “все предметы или как целое целого, или своими частями, или как целое части. Но так как неделимое не имеет частей, им необходимо касаться целиком, но касающееся целиком не образует непрерывного”.

Невозможность составления непрерывного из неделимых и небходимость его деления на всегда делимые части, установленные для величи­ны, Аристотель распространяет на движение, пространство и время, обосновывая (например, в “Физике”) правомерность этого шага. С дру­гой стороны, он приходит к выводу, что признание неделимых величин противоречит основным свойствам движения. Выделение непрерывного и прерывного как разных родов бытия послужило основой для размежевания в логико-гносеологической области, для резкого отмежевания арифмети­ки от геометрии.

“Началами... в каждом роде я называю то, относительно чего не может быть доказано, что оно есть. Следовательно, то, что обозначает первичное и из него вытекающее, принимается. Существование начал не­обходимо принять, другое - следует доказать. Например, что такое единица или что такое прямое или что такое треугольник (следует при­нять); что единица и величина существует, также следует принять, другое - доказать”. В вопросе о появлении у людей способности позна­ния начал Аристотель не соглашается с точкой зрения Платона о врож­денности таких способностей, но и не допускает возможности приобре­тения их; здесь он предлагает следующее решение: “необходимо обла­дать некоторой возможностью, однако не такой, которая превосходила бы эти способности в отношении точности”. Но такая возможность, оче­видно, присуща всем живым существам; в самом деле, они обладают при­рожденной способностью разбираться, которая называется чувственным восприятием. Формирование начал идет “от предшествующего и более из­вестного для нас”, то есть от того, что ближе к чувственному воспри­ятию к “предшествующему и более известному безусловно” (таким явля­ется общее). Аристотель дает развернутую классификацию начал, исходя из разных признаков.

Во-первых, он выделяет “начала, из которых (что-либо) доказыва­ется, и такие, о которых (доказывается)”. Первые “суть общие (всем начала)”, вторые - “свойственные (лишь данной науке), например, чис­ло, величина”. В системе начал общие занимают ведущее место, но их недостаточно, так как “среди общих начал не может быть таких, из ко­торых можно было бы доказать все”. Этим и объясняется, что среди начал должны быть “одни свойственны каждой науке в отдельности, другие - общие всем”. Во-вторых, начала делятся на две группы в зависимости от того, что они раскрывают: существование объекта или наличие у не­го некоторых свойств. В-третьих, комплекс начал доказывающей науки делится на аксиомы, предположения, постулаты, исходные определения.

Выбор начал у Аристотеля выступает определяющим моментом построения доказывающей науки; именно начала характеризуют науку как данную, выделяют ее из ряда других наук. “То, что доказывается”, можно трактовать очень широко. С одной стороны, это элементарный до­казывающий силлогизм и его заключения. Из этих элементарных процес­сов строится здание доказывающей науки в виде отдельно взятой тео­рии. Из них же создается и наука как система теорий. Однако не вся­кий набор доказательств образует теорию. Для этого он должен удов­летворять определенным требованиям, охватывающим как содержание до­казываемых предложений, так и связи между ними. В пределах же науч­ной теории необходимо имеет место ряд вспомогательных определений, которые не являются первичными, но служат для раскрытия предмета те­ории.

Хотя вопросы методологии математического познания и не были из­ложены Аристотелем в какой-то отдельной работе, но по содержанию в совокупности они образуют полную систему. В основе философии матема­тики Аристотеля лежит понимание математических знаний как отражения объективного мира. Эта установка сыграла важную роль в борьбе Арис­тотеля с платоновым идеализмом; ведь “если в явлениях чувственного мира не находится вовсе математическое, то каким образом возможно, что к ним прилагаются его свойства?” - писал он. Разумеется, матери­ализм Аристотеля был непоследовательным, в целом его воззрения в большей степени соответствовали потребностям математического позна­ния, сем взгляды Платона. В свою очередь математика была для Аристо­теля одним из источников формирования ряда разделов его философской системы.

ЧАСТЬ ВТОРАЯ.

БЕСКОНЕЧНАЯ ГАРМОНИЯ ПОДОБИЯ

Глава 1

БЕССИЛИЕ ПРЯМОЙ

В качестве введения ко второй части мне бы хотелось привести слова Фриденсрайха Хундертвассера, одного из тех замечательных людей силами которых современная наука становится все ближе к искусству, а искусство получает возможность использовать весь арсенал средств, предоставляемых сегодняшней наукой для выражения идей и художественных замыслов:

В 1953 году я понял, что прямая линия ведет человечество к упадку. Тирания прямой стала абсолютной. Прямая линия - это нечто трусливое, прочерченное по линейке, без эмоций и размышлений; это линия, не существующая в природе. И на этом насквозь прогнившем фундаменте построена наша обреченная цивилизация. Если даже и воз­никает где-то мысль, что прямая линия напрямик ведет к гибели, ее курсу все равно продолжают следовать дальше... Любой дизайн, осно­ванный на прямой линии, будет мертворожденным. Сегодня мы являемся свидетелями триумфа рационалистических знаний и одновременно обна­руживаем, что оказались в пустоте. Эстетический вакуум, пустыня однообразия, преступное бесплодие, утрата созидательных возможнос­тей.

Стандартизируется даже творчество. Мы стали бессильными. Мы больше не способны творить. В этом наше невежество.

Фракталы вокруг нас повсюду, и в очертаниях гор, и в извилис­той линии морского берега. Некоторые из фракталов непрерывно меня­ются, подобно движущимся облакам или мерцающему пламени, в то вре­мя как другие, подобно деревьям или нашим сосудистым системам, сохраняют структуру, приобретенную в процессе эволюции. Человеку, не связанному с наукой, может показаться странным то, что такие привычные всем вещи с недавних пор оказались в фокусе интенсивных научных исследований. Но привычность какого-либо явления совсем не означает, что ученые могут правильно его объяснить. Ребенку тоже привычны и его голубая колыбель, и голубое небо задолго до того, как он осознает, что голубой цвет есть общее качество совсем раз­ных вещей. В его познавательном развитии наступит момент, когда он уже сможет воспринять понятие цвета; он слышит, что небо является голубым и вдруг “открывает”, что и некоторые другие вещи тоже яв­ляются голубыми.

Развитие нашего научного понимания мира происходит по такой же схеме. Да, многие фракталы нам знакомы, но до самого последнего времени в нашем научном представлении о мире им не находилось мес­та. Это представление восходит еще к Галилео Галилею, чье маст­ерство владения абстракцией, вступающей в противоречие с интуици­ей, дает пример современного научного рассуждения. Его кредо, сформулированное им самим в 1623 году, гласит:

Вся наука записана а этой великой книге - я имею в виду Все­ленную, - которая всегда открыта для нас, но которую нельзя по­нять, не научившись понимать язык, на котором она написана. А на­писана она на языке математики, и ее буквами являются треугольни­ки, окружности и другие геометрические фигуры, без которых челове­ку невозможно разобрать ни одного ее слова; без них он подобен блуждающему во тьме. Понадобилось почти 350 лет, чтобы выйти за рамки галилеевского представления - до тех пор, пока Бенуа Ман­дельброт не разработал понятие фрактала. Бросая взгляд в прошлое, он размышлял в 1984 году:

Почему геометрию часто называют холодной и сухой? Одна из причин заключается в ее неспособности описать форму облака, горы, дерева или берега моря. Облака - это не сферы, горы - это не кону­сы, линии берега - это не окружности, и кора не является гладкой, и молния не распространяется по прямой... Природа демонстрирует нам не просто более высокую степень, а совсем другой уровень слож­ности. Число различных масштабов длин в структурах всегда беско­нечно.

Математическое понятие фрактала выделяет объекты, обладающие структурами различных масштабов, как больших, так и малых, и, та­ким образом, отражает иерархический принцип организации. В основе этого понятия содержится одна важная идеализация действительности: фрактальные объекты самоподобны, т. е. их вид не претерпевает су­щественных изменений при разглядывании их через микроскоп с любым увеличением. Хотя эта идеализация и может оказаться слишком большим упрощением действительности, она на порядок увеличивает глубину нашего математического описания природы. Исследования Ман­дельброта получили широкую известность после открытия им в 1980 году множества, носящего теперь его имя. Он обнаружил принцип, с помощью которого несколько неожиданным путем образуется целый мир самоподобных структур.

Эта причудливая форма (см. рис.1) может оказаться одним из ключевых элементов некоторой новой “натуральной” математики, так же, как прямая линия является одним из основных элементов евклидо­вой геометрии.

Возможно, наиболее убедительный аргумент в пользу изучения фракталов - это их бросающаяся в глаза красота.

Глава 2

МЫШЛЕНИЕ В ОБРАЗАХ

Рассматриваемые здесь процессы возникают в различных физичес­ких и математических задачах. Все они имеют одно обшее - это кон­куренцию нескольких центров за доминирование на плоскости. Простые границы между территориями в результате такого соперничества воз­никают редко. Чаше имеет место нескончаемое филигранное переплете­ние и непрекращающаяся борьба даже за самые малые участки.

Именно в этой пограничной области происходит переход от одной формы существования к другой: от порядка к беспорядку, от намагни­ченного состояния к ненамагниченному в зависимости от интерпрета­ции тех сущностей, которые примыкают к границе. Пограничные облас­ти в большей или меньшей мере замысловато зависят от условий, характеризующих изучаемый процесс. Порой возникает третий конкурент, который пользуется разногласиями двух других и насаждает свою об­ласть влияния. Может случиться, что один центр захватит всю плоск­ость, но и его власть имеет “границы” в виде изолированных точек, которые неподвластны его притяжению. Это, так сказать, “диссиден­ты”, не желающие “принадлежать”.

Рисунки представляют процессы, являющиеся, конечно, весьма упрошенной идеализацией действительности. Они преувеличивают неко­торые свойства, чтобы сделать их более ясными. Например, нет ни одной реальной структуры, которую можно было бы последовательно увеличивать бесконечное число раз и которая выглядела бы при этом неизменной. Тем не менее принцип самоподобия в приближенном виде имеется в природе: в линиях берегов морей и рек, в очертаниях об­лаков и деревьев, в турбулентном потоке жидкости и в иерархической организации живых систем. А открыл нам глаза на эту фрактальную геометрию природы Бенуа Б. Мандельброт. На самом деле процессы, порождающие такие структуры, довольно давно изучаются в математике и физике. Это обычные процессы с обратной связью, в которых одна и та же операция выполняется снова и снова, когда результат одной итерации является начальным значением для следующей:

C





Единственное, что при этом требуется - нелинейная зависимость между результатом и начальным значением, т. е. динамический закон должен быть более сложным, чем простая пропорциональность . Схематическая диаграмма указывает на то, что правило зависит от параметра c, влияние которого будет обсуждаться ниже.

Если начать итерационный процесс указанного вида с некоторого произвольного значения , то его результатом будет последова­тельность, поведение которой по истечении достаточно большого периода времени и будет составлять предмет нашего интереса. Будет ли последовательность сходиться к некоторому предельному значению Х, стремясь к состоянию покоя? Придет ли она к некоторому циклу значений, которые будут повторяться вновь и вновь? Или эта последовательность все время ведет себя беспорядочно, хотя и опре­делена динамическим законом и конкретным начальным значением, но тем не менее непредсказуема?

Процессы указанного вида обнаруживаются в любой точной науке. Так, описание явлений природы с помощью дифференциальных уравне­ний, которое ввели около 300 лет назад Исаак Ньютон и Готтфрид В. Лейбниц, основано на принципе обратной связи. Динамический закон определяет положение и скорость частицы в данный момент времени через их значения в предыдущий момент. Движение частицы понимается как реализация этого закона. Несущественно, будет ли процесс диск­ретным, т. е. осуществляемым по шагам, либо непрерывным. Физикам нравится мыслить в терминах инфинитезимальных единиц времени: Natura non facit saltus (“Природа не делает скачков”). Биологи, напротив, часто предпочитают рассматривать изменения от года к го­ду или от поколения к поколению. Очевидно, допустимы обе точки зрения, а выбор подходящего описания определяется обстоятельства­ми.

Глава 3

СЦЕНАРИЙ ПРОНИКНОВЕНИЯ В ХАОС

Рассмотрим пример. Рост некоторой популяции за несколько лет обычно описывают при помощи коэффициента прироста, т. е. отношения ежегодного прироста численности популяции к ее общей численности. Если эта величина остается постоянной в течение всего периода вре­мени, то говорят, что закон роста является линейным, а сам рост называют экспоненциальным. Например, при коэффициенте прироста в 5% популяция удваивает свою численность каждые 14 лет. Законы та­кого типа, однако, применимы только на ограниченных промежутках времени. Для роста всегда существуют пределы.

Одним из первых обратил на это внимание П. Ф. Ферхюльст, сформулировав в 1845 году закон, содержащий ограничение на рост. Он объяснил это тем, что любая экологическая ниша может обеспечить существование популяции только определенного максимального размера Х и что коэффициент прироста должен снижаться, когда размеры попу­ляции приближаются к Х. Таким образом, он пришел к необходимости рассматривать переменный коэффициент прироста. В результате этого процесс становился нелинейным, что коренным образом изменило его динамическое поведение.

Прошло более ста лет, прежде чем были осознаны все вытекающие из этого проблемы. При малых коэффициентах прироста, очевидно, ни­чего особенного не произойдет: численность популяции будет просто регулироваться так, чтобы достичь оптимального значения Х, увели­чиваясь когда она меньше его, и уменьшаясь, когда больше. Однако, как только коэффициент превысит 200%, нас ожидают сюрпризы.

Существуют ли в природе такие большие коэффициенты прироста? Конечно, человеческая популяция так быстро не растет, но для опре­деленных видов насекомых такой коэффициент не является необычным. Важно то, что в последние 20 лет закон Ферхюльста нашел применение для значительно более широкого круга явлений, чем представлял себе сам Ферхюльст.

Эдвард Н. Лоренц, метеоролог из Массачусетского технологичес­кого института, обнаружил в 1963 году, что именно этот закон опи­сывает некоторые свойства турбулентного потока, в частности когда коэффициент велик. Затем теоретические исследования по лазерной физике, гидродинамике и кинотике химических реакций продемонстри­ровали принципиальный характер этого закона, и предсказанные им сценарии были обнаружены в экспериментах.

Но как же ведет себя процесс Ферхюльста, когда коэффициент становится большим? Подробный анализ очень сложен.

Упомянем только наиболее важные результаты. Когда параметры роста превысят 200%, становится невозможным достижение оптимальной численности X. Когда популяция мала, энергичный рост неизменно приводит к превышению оптимального размера, что вызывает ответную реакцию, в результате которого популяция уменьшается до размеров, значительно меньших X. После этого появляются устойчивые колебания между двумя размерами, большим и меньшим.

Когда параметр роста превысит 245%, происходит дальнейшее ус­ложнение поведения. Колебания происходят сначала между 4, затем 8, затем 16 различными величинами численности популяции и так далее, до тех пор пока для параметров, больших 257%, не возникает хаос.

Что мы понимаем под хаосом? Попросту говоря, система выходит из под контроля. Не существует способа предсказать ее поведение на длительное время. Беспорядочные скачки вверх и вниз упорно продол­жаются и никогда не превратятся в упорядоченную последова­тельность. Чтобы понять удивление, которое испытал Лоренц при этом открытии, напомним, что никакой неопределенности не предполагает­ся. Процесс по-прежнему описывается законом Ферхюльста, последова­тельность определена своим начальным значением - и все же ее пове­дение невозможно предсказать, остается предоставить процессу раз­виваться самому по себе.

Эта очень тонкая ситуация требует некоторого более подробного объяснения. Утверждение о том, что последовательность определена своим начальным значением, подразумевает возможность определения последующих значений с бесконечной точностью. Это является верным только “в принципе”. Любое реальное описание начальной величины, например ее представление в компьютере можно получить только с ко­нечной точностью. Изучаемый процесс можно сравнить с получением информации: чем дольше мы его будем наблюдать, тем лучше будем знать в ретроспективе точную величину начального значения.

И все же наиболее впечатляющим в динамике Ферхюльста является не хаос как таковой, а сценарий, по которому порядок превращается в хаос. Имеет ли смысл точно определять значения параметров роста, при которых происходят бифуркации от колебаний периода к коле­баниям периода ? Кому это нужно?

Но педантичность часто стояла у колыбели важных открытий. Ио­ганн Кеплер не открыл бы эллиптической формы орбит движения пла­нет, если бы не был обеспокоен небольшим отклонением в 8 угловых минут орбиты Марса от предсказаний теории Птоломея. Фридрих Вильгельм Бессель не смог бы определить расстояние от Солнца до ближайших неподвижных звезд, не научившись точнейшему использова­нию чисел и таблиц во время своего ученичества у одного из бре­менских торговцев. Научная работа всегда зависит от самого скрупу­лезного внимания к деталям даже тогда, когда становится ясной ка­чественная сторона. А как известно всем, кому приходилось искать ошибки в какой-либо программе, для этого нет лучшего инструмента, чем компьютер.

При точном анализе точек бифуркации в процессе Ферхюльста об­наруживается закономерность, имеющая исключительное значение в ми­ре нелинейных явлений. Закономерность касается длин интервалов значений параметра, при которых устойчивым является периодическое движение с некоторым определенным периодом. Эти интервалы сокраща­ются при каждом удвоении периода, причем множитель, характеризую­щий сокращение, приближается к универсальному значению

= 4.669201660910...,

когда период растет.

Это число, первые десятичные знаки которого были впервые опубликованы Гроссманном и Томэ в 1977 году, появляется снова и снова во многих других процессах. Оно является такой же характе­ристикой для сценариев удвоения периодов, как число для отно­шения длины окружности к ее диаметру. Это число называют теперь “числом Фейгенбаума”. Митчел Фейгенбаум проделал вычисления на своем калькуляторе в Лос Аламосе для целого ряда различных процес­сов и получил в каждом случае один и тот же множитель. Он открыл универсальность этого числа.

Это открытие вызвало невероятную активность ученых во многих областях науки. Было поставлено огромное число экспериментов, по­казавших, что сценарий удвоения периода действительно наблюдается во многих естественных системах. Это и начало турбулентности в по­токе жидкости, и нелинейные колебания в химических или электричес­ких сетях, и даже переход нормального ритма сердца в угрожающую жизни фибрилляцию. И мы просто не в состоянии перечислить все группы в США, Франции, ФРГ или где-либо еще, продемонстрировавшие, что существенные аспекты динамики сложных систем можно свести к поведению, пример которого дает уравнение Ферхюльста.

На теорию это оказало не менее сильное воздействие. Математи­ки все еще пытаются до конца понять эту неожиданную универ­сальность. Но, по-видимому, более важно, что она породила надежду на то, что нелинейные явления не лежат за пределами систематизации и научной классификации.

Одним из первых, кто осознал важность изучения процесса Фер­хюльста, был биолог Роберт М. Мэй. Еще в 1976 году он писал:

Поэтому я настоятельно советую, чтобы люди знакомились, ска­жем (с уравнением Ферхюльста), на раннем этапе своего обучения ма­тематике. Это уравнение можно изучать феноменологически, итерируя его на калькуляторе или даже вручную. Его изучение даже не требует всего множества сложных понятий, какие используются в элементарном анализе. Такое изучение очень обогащало бы интуитивные представле­ния учащегося о нелинейных системах.

Для всех нас было бы лучше, если бы не только в научной рабо­те, но и в повседневной политической и экономической жизни как можно больше людей поняло, что простые нелинейные системы не всег­да обладают простыми динамическими свойствами.

Глава 4

ПОГРАНИЧНЫЕ СТЫЧКИ:
ХАОС, ВОЗНИКАЮЩИЙ ИЗ КОНКУРЕНЦИИ

Для понимания нелинейных явлений бифуркационный сценарий при­обретает фундаментальное значение. Анализ процесса Ферхюльста превратил идею детерминированного хаоса в важный предмет обсужде­ния и выявил некоторые универсальные свойства сложных динамических процессов. Универсальность следует истолковывать правильно. Конеч­но, существуют и другие пути к хаосу; на самом деле были открыты и другие сценарии столь же общего характера. Понятие универсальности отчасти отражает тенденцию физиков и математиков использовать сло­ва, звучащие многозначительно.

На самом деле оно означает, что некоторое поведение является типичным, и это более или менее удивительная находка среди всего многообразия систем.

Крайне желательно установить принципы, характеризующие соот­ношения между индивидуальными сценариями. Бенуа Б. Мандельброту это удалось сделать в 1980 году, когда он обнаружил множество, но­сящее теперь его имя. Это не просто причудливая фигура, которая кому-то кажется прекрасной, а кому-то безобразной; множество Мандельброта воплощает в себе более общий, чем универсальность Фей­генбаума, принцип перехода от порядка к хаосу. Здесь, как это час­то бывает в математике, обнаруживается связь эстетической привле­кательности с фундаментальным значением.

Идея, использованная Мандельбротом, состояла в том, чтобы вместо действительных чисел рассмотреть комплексные и наблюдать процесс ... не на прямой, а в плоскости. Даже человеку, не зна­комому с комплексными числами, не сложно понять суть этого процесса: доста­точно лишь представить себе, что правило указывает, куда должна переместиться точка в плоскости, а не на прямой. Конкретный вид правила не является существенным, поскольку, как мы увидим, различные правила могут порождать то же самое множество Ман­дельброта. Более важным является то, что переход от порядка к хао­су описывается с более общей точки зрения. В центре внимания ока­залась природа границ между различными областями. Можно предста­вить себе центры - аттракторы - которые ведут борьбу за влияние на плоскости; любая начальная точка либо в течение процесса прихо­дит к тому или другому центру, либо лежит на границе и не может принять определенное решение. С изменением параметра изменяются и области, принадлежащие аттракторам, а вместе с ними и границы. Мо­жет случиться, что граница превратится в пыль, и такой распад представляет собой один из наиболее важных сценариев.

Процесс Мандельброта математически эквивалентен процессу Фер­хюльста. Формула такая же простая:

Выбрав произвольное число , возведем его в квадрат и приба­вим константу с для того, чтобы получить ; затем повторим вычис­ления для того, чтобы получить и т. д. Это под силу каж­дому. Но никто не ожидал, что в таком итерировании может скры­ваться столько загадочной красоты.

Глава 5

НАУКА И / ИЛИ ИСКУССТВО?

За годы попыток представить свои работы заинтересованной об­щественности ученые поняли, что художественная деятельность тоже может принести научные плоды. Или все клятвенные заверения матема­тиков и физиков-теоретиков об эстетической компоненте их науки ­это лишь слова? Американские математики Филипп Дж. Дэвис и Рюбен Херш писали:

Слепота к эстетике математики распространена широко и именно этим объясняется, что математика считается сухой, как пыль, вол­нующей, как телефонная книга, далекой от жизни, как законоуложение Шотландии XV в. Наоборот, понимание эстетики математики заставляет предмет жить прекрасной жизнью и гореть, как, по-видимому, никакое другое творение человеческого разума.

Может ли эта эстетика проявиться иначе чем в самом поиске ма­тематического и естественно-научного знания?

Многие отзывы выставки фрактальных картин убедили многих их авторов ученых в том, что сближение искусства и науки могло бы принести огромную пользу. Возможность такого сближения не следует понимать, как слепое увлечение всем новым и необычным, а следует рассматривать вполне реалистически в формах “новых средств переда­чи информации”, прежде всего компьютера. Компьютер больше не явля­ется принадлежностью исключительно науки и техники; подрастает мо­лодое поколение компьютерных акробатов, которые обязательно будут развивать свои художественные амбиции. Пока не ясно, куда заведет такое развитие, и не ясно, может быть, как раз в смысле комплексной динамики: вполне определенное и детерминированное, но непредсказуемое, бурлящее в своей поворотной точке, подобно Фаусту во время омоложения в колдовском логове:

Готовить вытяжку из трав -­

Труд непомерного терпенья.

Необходим спокойный нрав,

Чтоб выждать много лет броженья.

Тут к месту кропотливый дар,

Предмет по-женски щепетилен.

Хоть черт учил варить отвар,

Но сам сварить его бессилен.

И. В. Гете

(Перевод Б. Л. Пастернака)

Глава 6

ПРЕЛОМЛЕНИЕ НАУКИ В ИСКУССТВЕ

Известный немецкий фантаст и публицист Герберт Франке писал, что искусствоведы грядущих столетий, оглянувшись на наше время, придут к выводам, весьма отличным от тех, к которым приходят наши современники. Почитаемые ныне художники и скульпторы будут скорее всего почти забыты, зато появление электронных средств будет про­возглашено наиболее значительной переменой в истории искусства. Первые попытки, вначале робкие и неуверенные, достичь цели, кото­рая как известно стоит перед искусством - живописной вырази­тельности и точности изображения окружающего нас мира - но с по­мощью новых средств, увенчаются в конце концов заслуженным успе­хом.

При этом Франке утверждает, что тогда, “в прошлом” (т. е. сейчас!), впервые появилась возможность создавать трехмерные изоб­ражения фантастических пейзажей и другие аналогичные картины с фо­тографической точностью. А вместе с картинами появилась возмож­ность не ловить отдельные мгновения, а охватывать действительность в движении и изменениях. Это, возможно, важнейший аспект новой пе­ремены: время на этих картинах не зафиксировано и легко можно построить плоские или трехмерные (в перспективе) движущиеся изоб­ражения даже с тех точек зрения, которые недоступны человеческому глазу или камере.

Сегодня, впрочем, художники, использующие компьютер, отодви­нуты на периферию “сцены” искусства. Частично это связано с фор­мальными критериями, частично - с неодобрением, вызванным конкрет­ными коммерческими интересами.

Глава 7

ВЕК НАГЛЯДНОСТИ

Компьютер - это устройство для обработки данных, а термин “данные” (информация), казалось бы, означает числа, а не рисунки. Однако рисунки - это в сущности другой способ описать реальные со­бытия - факты.

Кроме того, рисунки можно закодировать числами, а затем обра­ботать с помощью компьютера. Графические изображения, созданные компьютером, будем далее называть для краткости компьютерной гра­фикой. Значение этого (когда-то побочного) способа использования компьютеров чрезвычайно возросло в последнее время.

Конечно же, вначале никто не думал развивать компьютерную графику как искусство; она возникла в результате чисто практическ­их научных, технологических и коммерческих исследований. Понимание того, что рисунки значительно удобнее для восприятия, чем длинные перечни чисел, привело к тому, что во всех этих областях числа постепенно вытеснялись гистограммами, криволинейными графиками и т. п.

Этот процесс и привел к появлению и развитию компьютерной графики. Первым, но совершенно неподходящим средством получения компьютерной графики был принтер, который тем не менее доказал эф­фективность использования наглядных изображений столь убедительно, что механические рисующие приборы, названные графопостроителями, появились как нечто само собой разумеющееся. В графопостроителях используется принцип пера с сервоконтролем (следящим контролем), рисующего на плоской или цилиндрической поверхности. Они позволяют получать с помощью машины чертежи, точность которых вполне доста­точна для целей, скажем архитектуры, картографии и т. п. Но следу­ет отметить и один недостаток - крайне медленную работу механичес­ких систем по сравнению со скоростью электронных процессов в компьютере. Так, для того чтобы изобразить конфигурации, рассчи­танные компьютером за доли секунды, требуются минуты, а иногда да­же часы.

Первый серьезный прорыв в компьютерной графике связан с соз­данием электронного графопостроителя - дисплея, на котором визу­альная информация возникает тем же способом и с той же скоростью, что и в электроннолучевой трубке телевизора. Появилось, таким об­разом, средство построения графических изображений, достаточно быстрое, чтобы поспевать за компьютером. Кроме того, появилась возможность создавать движущиеся и даже взаимодействующие изобра­жения.

Новые способы обработки изображений были развиты на основе более старых методов анализа рисунков и распознавания образов, ос­новой которых в свою очередь послужили методы, используемые в фо­тографии. Эти способы позволяют значительно легче оценивать обра­зы, возникающие в различных областях науки, технологии и медицины, а в некоторых случаях такая возможность появляется только благода­ря им.

Некоторые математики и программисты использовали эстетические возможности графических систем с начала 60-х годов. Большинство из них старались не употреблять слово “искусство” в отношении своих работ, уходя тем самым от конфликта с деятелями искусства. Лишь некоторые решались мужественно противостоять критикам, считая компьютеры новым средством получения произведений изобразительного искусства. Свой метод они назвали “компьютерное искусство”, что вызвало множество ожесточенных дискуссий о возможности создания (хотя бы в принципе) произведений искусства с помощью машины. При этом приводилась масса теоретических аргументов против этой идеи. К счастью, эти дискуссии мало влияли на представителей нового нап­равления, и они продолжали свою работу, не обращая внимания на те­оретические возражения. И на сегодня уже собрана впечатляющая кол­лекция компьютерной графики, отражающая технический прогресс - от простого графопостроителя до графических дисплеев с высокой разре­шающей способностью.

Глава 8

РИСУНОК КАК СРЕДСТВО ВЫРАЖЕНИЯ

Некоторые специалисты сомневаются в том, что возможен перевод с языка слов на язык рисунков, считая, что качество визуальной ин­формации ниже чем качество словесной. Эта позиция нелогична, нап­ротив, пословица: “Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать” подкреплена аргументами из области психологии восприятия.

Визуальные системы могут не только оперировать с информацион­ным потоком приблизительно в 10 раз более интенсивным, чем все ос­тальные сенсорные системы вместе взятые, но и обрабатывать инфор­мацию, которая имеет двумерную и даже (в известной степени) трех­мерную структуру. Замена слов рисунками - это переход не только к новой системе кодирования информации, но и к новым методам описа­ния окружающего нас мира.

Используя как средство общения язык, т. е. линейными упорядо­ченные по времени в виде ряда структуры, мы автоматически отдаем предпочтение принципам линейного упорядочивания. Примерами могут служить понятия причинности или исторического процесса. В то же время язык изображений позволяет наблюдать и другие очень важные виды взаимосвязи явлений, например петлевидные процессы, взаимо­действия, сети коммуникаций и т. п. Весьма вероятно, что наша нес­пособность мыслить категориями сетей в немалой степени связана с тем, что мы привязаны к описательной системе языка слов.

Эти рассуждения показывают, что утверждения многих противни­ков использования изобразительных средств совсем не обязаны быть справедливыми. Но если они считают, что рисунки оставляют гораздо меньше места для фантазии, чем написанный текст, то их можно опро­вергнуть. Даже комиксы требуют творческого доосмысления читателями (это следует из того факта, что некоторые родители не понимают их ;). Рисунки действительно фиксируют один из видов информации более жестко, чем слова, но оставляют достаточно пробелов, которые дол­жен заполнить сам зритель. В комиксах, например, логика сюжета, социальные отношения действующих лиц, эмоциональный фон - все это восполняется фантазией зрителя. То же самое справедливо и в отно­шении других изобразительных средств: фильмов, телевизора, видео и др.

К сожалению, в дискуссиях, касающихся новых компьютерных ри­сунков, слишком заметное место заняли банальные коммерческие инте­ресы. Основная же проблема, более важная сегодня, чем когда-либо раньше, не упоминалась в этих дискуссиях, а именно, как придать доступную для понимания форму всем сложным взаимосвязям нашего современного мира, как сделать их описание понятным и одновременно исчерпывающим. Чем сложнее ситуация, тем более подходящим стано­вится наглядное изображение.

Одна из основных возможностей для использования компьютерной графики, и, в частности, взаимодействующих изображений открывается в науке и образовании. Оказывается, что изображения, созданные компьютером, позволяют дать самое удивительное и одновременно са­мое полное из всех известных описание огромного множества матема­тических формул. При этом еще раз подтверждается идея, что кодиро­вание информации в двумерной и (в некотором смысле) трехмерной формах позволяет увидеть взаимосвязи, которые даже представить се­бе было невозможно, глядя на отдельные формулы. Помимо этого компьютер дает возможность экспериментировать; математик может, например, исследовать влияние параметра на решение задачи, контро­лировать результаты преобразований или находить предельные значе­ния бесконечных итерационных процессов; физик, скажем, может исследовать, как влияют граничные условия на решение различных фи­зических задач, а химик - проанализировать пространственные структуры агрегатов молекул.

Глава 9

ИСКУССТВО ЛИ ЭТО?

Каким же образом достигаются эта доступность для понимания и ясность представления? Путеводную нить дают психология и эстетика теории информации. Свой вклад в достижение этой цели вносят и гар­моническое размещение, и баланс, и симметрия - все принципы упоря­дочивания, рассматриваемые в теории информации.

Ясно, что эти понятия применимы и к визуально наблюдаемым яв­лениям, поскольку здесь используются те же принципы образного мыш­ления, что и при распознавания, анализе и описании различных объектов человеческим мозгом. Кроме того, именно с этими фор­мальными понятиями мы связываем классический идеал красоты. Если произвольный набор данных представить, скажем, с помощью компьюте­ра в оптимальном для визуального восприятия виде, то мы одновре­менно приблизимся и к характеристике Прекрасного.

Однако изучение современного искусства показало, что одного лишь соответствия классическому определению красоты недостаточно для создания произведения искусства. Наряду с этим должно быть нечто вызывающее интерес, требующее сопричастности и заставляющее думать.

Из психологии теории информации известно, что подобные стиму­лы возникают в основном благодаря “новизне”, т. е. тогда, когда перед нашими глазами предстает нечто, как нам кажется, новое, чего мы раньше не встречали.

Производимое эстетическое впечатление и вызываемое новизной удивление - вот что роднит произведения искусства с изображениями, создаваемыми наукой. Например, научная фотография - это отнюдь не прямое отражение действительности, а скорее результат сложных оп­тических или даже электронных преобразований, цель которых создать наиболее узнаваемый и запоминающийся зрительный образ. Используя красители или поляризационные фильтры в микроскопии, мы получаем нечто, ничего общего не имеющее с реальной окраской объекта. Эти средства служат только для того, чтобы сделать некоторые области более различимыми.

Конечно же, объекты исследования, например кристаллические структуры, и сами по себе содержат все необходимое для распознава­ния их характерных черт. Но лишь преобразование с помощью средств микроскопии позволяет создать изображения, столь поразительно по­хожие на произведения искусства. Природные формы как искусство ­эта концепция Эрнста Хеккеля представляет собой выражение порази­тельной взаимосвязи между, казалось бы, совершенно разными област­ями зрительного опыта. Видимо, настоящее эстетическое удовольствие можно получить, путешествуя, скажем, по поверхности кристалла с помощью микроскопа. В поле зрения попадают все новые области, на­поминающие какие-то ландшафты, и всегда можно еще больше увеличить изображение, чтобы исследовать более глубокие пласты структурных возможностей.

Во многих фрактальных картинах - “пейзажах” обнаруживается удивительное сходство с картинами, наблюдаемыми под микроскопом. Группа исследователей, занимающаяся их созданием, носит название “Комплексная динамика”, что отражает научную сторону ее дея­тельности, но, и это очень важно, свои графические изображения они назвали новым, созданным ими термином “ИСКУССТВО ОТОБРАЖЕНИЯ”. Это синтетическое название выражает одновременно и аналогичный опыт, накопленный вначале биологами и красталлографами, использующими микроскопы, и впоследствии учеными, работающими в различных облас­тях естественных наук - от физики элементарных частиц по астроно­мии.

Но между математикой и естественными науками есть существен­ное отличие. Всегда можно сказать, что ученый фотографирует ре­ально существующие в природе структуры и выдает, в каком-то смыс­ле, копии природных объектов за произведения искусства. Но такое обвинение невозможно предъявить математику. Использование компьютера может внешне и напоминает использование микроскопа, но то, что мы с его помощью получаем, представляет собой в чистом ви­де продукт человеческого разума и не обязательно имеет аналоги в природе. Поэтому картины, которые удалось получить группе “Комплексная динамика” - это вовсе не исключительно удачный зри­тельный образ природы, напротив, их основное содержание придумано авторами. Следует подчеркнуть, что эти рисунки поражают подлинной новизной и обозначают проблемы, например комплексность, исследова­ние которых может оказаться плодотворным и полезным. Можно, конеч­но, говорить, что темы компьютерных рисунков необычны для искусст­ва, что они интересуют только ученых и технологов и, стало быть, могут рассматриваться как искусство лишь в рамках научно-технической субкультуры. Но в этом обвинении начисто игнорируется тот факт, что проблематику комплексных систем можно обнаружить в самой основе биологической жизни и социальных систем, в происхождении Вселенной и даже в философии. То есть в самом деле искусство, если следовать обычным определениям. И если его и можно считать ненаст­оящим, то лишь по той причине, что оно создавалось с помощью компьютера.

Глава 10

РАСПРОСТРАНЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНОГО ИСКУССТВА

Искусство предполагает общение между художником и зрителями. В идеальном случае - это замкнутый цикл: художник представляет зрителям свою работу, вызывает их реакцию и использует ее как об­ратную связь, учитывая, с целью быть лучше понятым, отклик зрите­лей в своей дальнейшей работе.

Есть ли препятствия распространению компьютерной графики и компьютерного искусства? Пока это были лишь рисунки, созданные графопостроителем, главной проблемой были сомнения специалистов, историков искусства, искусствоведов и, более всего, владельцев га­лерей. Проблема заключалась в том, что компьютер может создать лю­бое число одинаково совершенных “оригиналов”, что может нанести ущерб бизнесу, связанному с искусством. Затем было обнаружено, что некоторые из первых работ, созданных компьютером, в полной мере уникальны и невоспроизводимы. И их действительно стоило коллекцио­нировать.

Сейчас ситуация сложнее. Связано это с тем, что изображения создаются не графопостроителем, а на экране дисплея. С экрана они должны быть “переписаны” и зафиксированы, скажем, с помощью неиск­ажающей, контролируемой компьютером, фотографии. Но здесь сразу же всплывают старые оговорки, и вновь возникает дискуссия о том, мо­жет ли фотография быть произведением искусства.

Есть и другие способы переноса изображений с экрана дисплея на бумагу в неискаженном виде, в частности, с помощью струйных и лазерных принтеров нового поколения. К сожалению подобная техника еще недавно была доступна лишь немногим исследователям, и поэтому большинство новых результатов, даже тех, в которых получены трех­мерные образы с перспективой, остается на слайдах или фотобумаге. Самые большие сложности возникают с движущимися изображениями, ко­торые нельзя выставить в галереях и которыми трудно заинтересовать тех, кто торгует произведениями традиционного искусства. Чтобы сделать эти произведения доступными для публики, нужно использо­вать абсолютно новые средства, например те организации, которые имеют дело с телевизионными изображениями типа библиотек видеокас­сет или телестанций. Непонятно, что происходит: то ли просто слиш­ком мал спрос на созданные компьютером движущиеся образы, то ли всему виной медлительность средств массовой информации, нежелание переключиться на новый путь?

Каким же способом может “компьютерный” художник представить свои работы широкой публике? Простейший метод, как мне кажется, следовать традициям галерей и выставлять вначале перенесенные на бумагу статические изображения. А когда эти произведения будут признаны, откроются новые возможности и для движущихся изображе­ний. Впрочем, в последнее время, в связи с внезапным взрывным рос­том распространенности персональных компьютеров, появляются воз­можности передачи подобных произведений искусства в виде специ­альных файлов. Более того, такие файлы могут содержать не обяза­тельно графическую информацию, но просто “набор коэффициентов” для воспроизведения картины по известному алгоритму.

Глава 11

ИСКУССТВО И ТЕХНОЛОГИЯ СЕГОДНЯ

Разумная стратегия бизнеса и превосходное качество продукции не помогут, если публика эту продукцию отвергает. Одной из причин, по которым компьютерное искусство отвергается, может служить то, что оно создано с помощью технически очень сложных устройств, ко­торые сами попали нынче под сильный перекрестный огонь. Выступле­ние в защиту технологии (с целью узаконить ее как творческий ме­тод) наталкивается на необходимость решения вопроса: “Не следует ли оградить искусство от вмешательства машин в современном мире, тем более, что и сам по себе технологический процесс вызывает оп­ределенные сомнения?” Ответ прост. Технология, необходимая для компьютерного искусства, существенно отличается от используемых в энергетике и промышленности, которые в основном и оказались под огнем критики. Компьютер - это продукт информационной технологии, потребляющий минимум энергии и материальных ресурсов. И нет причин ограничивать применение систем обработки данных лишь наукой, тех­нологией, бизнесом и управлением, исключая сферу искусства.

Вопрос о замене традиционных методов творчества художника электроникой или машинами не стоит. Напротив, имеет смысл ис­пользовать все возможные средства, чтобы расширить возможности для самовыражения художника. Искусство каждой эпохи пользовалось сов­ременными средствами, чтобы придать форму тому новому, что появля­лось в художественном творчестве. При этом никогда не руководство­вались только техническими или практическими целями, существенную роль играли и способы общения людей друг с другом. Почему же нельзя использовать компьютер - это универсальное средство общения и получения информации, которое завоевывает даже наши собственные дома - в качестве инструмента для создания произведений искусства?

ИСТОЧНИКИ

1. Информационные каналы серверов 279.0 и 200.25 в системе 5020.

2. Х.-О. Пайтген, П.Х.Рихтер. Красота фракталов. Образы комплексных динамических систем. “МИР”, 1993 г.:

3. Герберт В. Франке. Преломление науки в искусств

Похожие работы

Взаимосвязь математики и философии

Скачать

51186

0

0

... на развитие математи- ческого познания имеет место и обратное воздействие. ЭЛЕЙСКАЯ ШКОЛА Элейская школа довольно интересна для исследования, так как это одна из древнейших школ, в трудах которой математика и философия до- статочно тесно и разносторонне взаимодействуют. Основными представи- телями элейской школы считают Парменида (конец VI - V в. до н.э.) и Зенона (первая половина V в. до н.э.). ...

Кандидатский по философии

Скачать

876227

1

2

... Замечат. С.: Полемон, Герод Аттик, Аристид, Либаний. Ср. Schmid, "Der Atticismus in seinen Hauptvertretern" (1887-97). 17. Принцип детерминизма в философии. Индетерминизм. Детерминизм (от лат. determino - определяю), философское учение об объективной закономерной взаимосвязи и взаимообусловленности явлений материального и ...

Философия и методология науки

Скачать

766403

1

0

... философии - особенно с методо­логических позиций материалистического понимания исто­рии и материалистической диалектики с учетом социокультурной обусловленности этого процесса. Однако в западной философии и методологии науки XX в. фактически - особенно в годы «триумфального шествия» ло­гического позитивизма (а у него действительно были немалые успехи) - научное знание исследовалось без учета его ...

Ответы на вопросы госэкзамена по философии философского факультета СПбГУ

Скачать

670947

1

0

... все содержание посылок, поскольку оно необходимо для вывода, имеет нечувственный характер. (аксиомы, постулаты). VI. Интуитивизм, индивидуалистический эмпиризм и априоризм критической философии в их отношении к теории элементарных методов знания. Три ответа на вопрос о происхождении общих суждений: 1) Путем прямых методов (прямой индукции) = интуитивизм. 2) Общих суждений нет Только иллюзия. ( ...