大自然的分形幾何 中文翻譯(一)

2021-07-03 10:45:15 字數 1385 閱讀 6080

第一章  介紹

第一節 主題

為什麼一提起幾何學來,人們就會感覺到冰冷和枯燥呢?其中的乙個原因可能就是,幾何學無法真正描述清楚一片雲朵,一座山峰,一道海岸線,或是一棵樹。雲朵並不是球體(spheres),山岳也非立方體,海岸線並不是圓圈,樹皮並不光滑,連光也不是直線傳播的。

推而廣之,我認為自然界中的許多模式都是不規則的、片段化的。與歐式幾何相比,自然界所呈現給我們的,不是一種更高層次的複雜度,而是一種完全不同級別的複雜度,在歐式幾何中,我們知道有零維的點、一維的線、二維的平面、三維的立體甚至四維的時空,組成我們的不同長度的線條數量也是可以數得出的,但是在實際的自然界中看到的形狀,往往看起來好似有著無限的層次。

這些模式的存在,使得好奇的我們去研究它的形式,那些被歐幾里得扔在一邊的、被認為毫無規則的形式。也就是說,我們要研究這「看不出形態」的形態(morphology)。長久以來,數學家們不屑於研究這些事情,而是去發明那些和我們真正看到和感受到的東西毫無關係的理論,我認為,這在某種程度上,是一種逃避。

為了回應這種尷尬的局面,我感知到並發展了一種關於自然的新的幾何學,並且在許多不同的領域實現了這種新幾何學的應用。這種幾何學描述了我們身邊的許多不規則的碎片化的模式,並最終匯出一種成熟豐滿的理論。我用這種理論來描述一類的形狀,我把這類形狀起了個名字,叫做「分形」。最有用的分形會涉及到概率,它們規則的部分和不規則的部分都是基於統計的。這些形狀也是可以無限擴充套件的,也就是說,無論怎麼擴充套件它們的「不規則度」,或者說「分形度」是不變的。這個所謂的分形維度的概念,在整個理論中,便處於核心的地位。

在整個體系中,一些分形集合是曲線或者曲面,另外一些則是不連續的「灰塵」,並且還有一些形狀實在是太奇怪了,我從全部的科學和藝術中也找不出什麼合適的詞語來給它們命名。讀者啊,我覺得你還是通過整本書的描述,來瀏覽這些奇怪的形狀吧:)

我這本書中的許多篇幅,都在描述那些先前從來沒有被認真研究的形狀,當然也有一些我們比較熟悉的形狀。其實,分形幾何可以追溯到2023年,從那時起到現在,已經有了很很多相關的概念和工具,只不過這些概念和工具所用在的地方,和我的完全不一樣而已。通過這種將舊石塊插入新建築的方式,分形幾何可以借來嚴密的基礎,並且很快就引出了許多富有挑戰的數學問題。

儘管如此,這本書並不是為自己去找尋更高的抽象和更廣的泛化(不去拔高理論),同時也並不是一本數學教材或**。儘管它還真是比較長,但是我是以一種科學小品的方式來寫的,敘述的內容都是從我個人的角度來說,並且也沒有太多顧及其完整性。像許多別的小品文一樣,會時常有些離題和中斷的地方。

這種不太正式的行文方式,將會幫助讀者規避一些難以提起興趣的部分。很多地方都是很簡單的地方,特別也越到後面的時候。所以,你最好在頭一兩次閱讀的時候,先大略的看。

目標陳述

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