分形是什么(分形是什么意思)


■ 2010年10月14日,数学家本华·曼德勃罗因胰腺癌在马萨诸塞州剑桥安然逝世,享年85岁。

一﹑分形——大自然的几何学

在曼德勃罗1975年出版的《大自然的分形几何学》一书中,有这么几句话:

“云不只是球体,山不只是圆锥,海岸线不是圆形,树皮不是那么光滑,闪电传播的路径更不是直线。它们是什么呢?它们都是简单而又复杂的‘分形’ ……”

分形几何的研究对象普遍存在于自然界中,因此分形几何学又被称为“大自然的几何学”。数学家们研究发现,大自然会出现分形现象是有一定原理的,比如,植物采取分形的形状有利于占用最小的空间获取最多的阳光和空气。


具有分形特征的蕨类(摄于上海植物园)

那么,“分形”一词是怎么来的呢?1974年,曼德勃罗针对宇宙中的恒星分布(如康托尘埃),提出了一种数学模型。用这种模型可以解释奥伯斯佯谬,而不必依赖大爆炸理论。可是,这种新的分布模型却还没有名字。

这种统计模型像什么呢?曼德勃罗一边冥思苦想,一边随手翻阅着儿子的拉丁文字典。突然,一个醒目的拉丁词跃入他的眼中:fractus。字典上对这个词汇的解释与曼德勃罗脑海中的想法不谋而合:“分离的、无规则的碎片”。“分形”(fractal)这个名词,就此诞生。

二﹑研究领域“风马牛不相及”

本华·曼德勃罗是出生于波兰的立陶宛犹太家庭的后裔,但12岁时就随全家移居巴黎,之后的大半生都在美国度过。曼德勃罗是一位成衣批发商和牙医的儿子。他幼年时喜爱数学,迷恋几何,后来研究范围非常广泛。

他研究过棉花价格、股票涨落、语言中词汇分布等等。从物理、天文、地理,到经济学、生理学……都有所涉及。也许正是这些似乎看起来风马牛不相及、“破碎的”多个领域的研究经验,为他创立跨学科的分形几何奠定了基础。


股票分析中著名的波浪理论正是以分形几何为理论基础

三﹑从“游牧民族”到“分形之父”

然而,开创性的工作并不容易得到认可。曼德勃罗经常自称自己是个学术界的‘游牧民族’。据说曾有人对曼德勃罗的工作嗤之以鼻,认为他只不过是为‘分形’起了个名字而已。

这些所谓正统数学家们仰天一笑,曰:“把他算什么家都可以,就是不能算数学家”。——因为“翻遍他的大部头巨著,找不出一个像样的数学公式!”他们不清楚,引领数学发展的,从来都是伟大的思想而不是繁琐的公式。

之后,曼德勃罗又研究和描述了曼德勃罗集合。并致力于向大众介绍分形理论。1993年,曼德勃罗获得沃尔夫物理学奖,被誉为“分形几何之父”。他离世之后,法国总统萨科齐称其具有“从不被革新性的、惊世骇俗的猜想所吓退的强大而富有独创性的头脑”。


曼德勃罗集合

“今天,如果不了解分形,不能算是一个科学文化人”,著名物理学家约翰·惠勒说,“自然的分形几何使我们视野开阔,它的发展将导致新思想,新思想又导致新应用,新应用又导致新思想……”

参考文献:

1.《走近混沌》-6-分形之父的启示.tianrong1945.科学网博客

2.分形之美.微信号“四季研究院”

3.百度百科

来源:52数学网