Что такое множество Мандельброта?

Множество было названо «сложнейшим математическим объектом» . Это утверждение можно оспаривать, бесспорно, однако, то, что множество Мандельброта является самым известным математическим объектом. Бесконечно сложное изображение множества, сгенерированное компьютером, стало символом процветающей теории хаоса и привлекает к себе огромное внимание общественности.

Множество названо в честь Бенуа Р. Мандельброта, математика из Исследовательского центра им. Томаса Уотсона корпорации IBM. Он стал известен в основном после того, как ввёл термин «фрактал» для описания объектов, структура которых многократно повторяется при переходе ко всё более мелким масштабам (примерами могут служить очертания береговых линий, снежинок, горных хребтов и ветвей дерева) .



Трое других математиков оспаривают его утверждение. Двое настаивают на том, что они открыли и описали множество приблизительно в то же самое время, что и Мандельброт. Третий же говорит, что его работа над множеством не только предшествовала исследованиям Мандельброта, но и помогла последнему в его исследованиях. Эти утверждения долгое время циркулировали в математических кругах, но лишь недавно впервые появились в печати.

У математиков редко возникают споры относительно того, кто является первооткрывателем, однако Мандельброт, который сам себя называет «чёрной овечкой» , часто вступает в конфликты со своими коллегами. «Если бы не его личные качества, — заметил Р. Л. Дивейни из Бостонского университета, который, между прочим, восхищается исследованиями Мандельброта, — то и не возникло бы никаких противоречий» .

Мандельброт утверждал, что он и только он открыл это множество, обладающее фрактальными свойствами, около десяти лет назад. Об изображении множества он говорил как о своей «подписи» .



Привлекательность этого множества отчасти заключается в простоте порождающего его уравнения: z2+c. Здесь z и c — комплексные числа, состоящие из мнимого числа (сомножителем которого является корень квадратный из –1) в сочетании с действительным числом. Сначала величине c присваивается фиксированное значение, z приравнивается к нулю и вычисляется результат выражения. Затем этот результат присваивается переменной z, выражение вычисляется снова и снова — оно, как говорят, итерируется, и каждый раз его результат присваивается переменной z. Некоторые значения c, подставляемые в эту итерационную формулу, дают результаты, быстро нарастающие до бесконечности. При других же значениях c результаты всё время скачут в определённых границах. Эта последняя группа значений c, или комплексных чисел, и составляет множество Мандельброта.

Нанесённые на плоскость, которую образуют все комплексные числа, точки, принадлежащие множеству, образуют кластер своеобразного очертания. Издали объект как будто не представляет собой ничего особенного, его сравнивают с изображением сердца, на котором образовались опухоли, с жуком, зажаренным цыплёнком, неуклюжей восьмёркой, лежащей на боку.

При более близком рассмотрении можно обнаружить, что границы множества не образуют чётких линий. Они несколько размыты и слегка «мерцают» . При всё бóльших и бóльших увеличениях видно, как границы погружаются в бесконечную фантасмагорию затейливых узоров. Некоторые формы, в частности серцевидные, всё время повторяются, но всякий раз с едва заметными вариациями.

Множество Мандельброта может порождаться различными способами и принимать различные формы.