В журнале
"Mathematical Intelligencer" ("Математический информатор")
прошла занятная дискуссия под названием "Кто же открыл фрактал
Мандельброта?" Напомним, что фрактальное множество - самоподобная
структура- один из "горячих" объектов современной науки. О фракталах
неоднократно писал и журнал "Знание - сила", подчеркивая их важную
роль в современной нелинейной науке. Подобные объекты были известны довольно
давно, но настоящий интерес к ним появился после активной популяризаторской
деятельности Бенуа Мандельброта, работающего в корпорации IBM. Именно он ввел
название "фрактал", связанное с дробной размерностью подобного
необычного объекта, и указал на чрезвычайно широкое распространение этих
объектов в нашем мире (приходилось, скажем, читать, что схема линий парижского
метро имеет фрактальную структуру).
В определенном смысле одним из эталонных фрактальных множеств
стало изображенное на рисунке множество Мандельброта, которое последний называл
"своей подписью". Это связано с простотой описывающей это множество
функции, что, в свою очередь, приводит к его универсальности - многие процессы
могут быть описаны при помощи этого фрактала.
Мандельброт опубликовал свою работу в конце 1980 года, однако С.
Кранц в "Математическом информаторе" указал, что математики Р. Брукс
и Дж. Мателски обнаружили это множество и опубликовали соответствующую работу в
1978 году. До тех пор Брукс и Мателски не придавали особого значения своему
открытию, но после публикации статьи Кранца и последовавшего не вполне
корректного ответа Мандельброта заявили, что их нужно, по меньшей мере, считать
соавторами открытия. Ну и пошло-поехало (благодатное поле для психолога!). Еще
один исследователь, Дж. Хаббард, также заявил, что множество Мандельброта
наблюдал на дисплее своего компьютера в 1976 году, а его аспирант, Ф. Кочмен,
ознакомил Мандельброта с этими исследованиями двумя годами позже. Кроме того,
Хаббард, Мателски и Брукс предложили считать истинным открывателем множества
французского математика Пьера Фату, описавшего его аж в 1906 году. Оказалось
также, что и венгерский математик Ф. Рисс опубликовал работу с близкими к
обсуждаемым результатами еще в 1952 году.
Возражение Мандельброта: сами по себе определения или даже
построения ничего не значат, если вы не смогли сказать, почему это важно, и
убедить в этой важности остальных. Поэтому, мол, его претензии на название
множества вполне обоснованы.
Пищу для размышлений на эту тему добавила мне статья известного
современного гидромеханика и асимптотика Милтона Ван Дайка. Она посвящена
корням так называемого метода пограничного слоя, обнаруженным в прошлом веке.
Само понятие пограничного слоя сейчас оказывается важнейшим "
гидродинамике и газовой динамике и описывает такое явление: влияние вязкости
потока, обтекающего тело, например, сферу, сказывается в полной мере лишь в
узкой (пограничной) области, а в остальной части пространства этот фактор может
не учитываться. Более общо явление пограничного слоя (называемого также скин-
или краевым эффектом) заключается в том, что в большей части рассматриваемой
области (как правило, вдали от границ) решение уравнений изменяется медленно, а
вблизи границ имеет место быстроизменяющееся и сосредоточенное в узкой области
состояние.
Традиционно считается, что понятие пограничного слоя явно было
введено немецким ученым Людвигом Прандтлем в 1904 году. Правда, сам Прандтль
отдавал пальму первенства физику Л. Лоренцу из Копенгагена, в публикации
которого в 1881 году встречаются, хоть и в неполном виде, уравнения вязкого
пограничного слоя. Поскольку никакого развития эта идея в трудах Л. Лоренца не
получила, ученики Прандтля просто выбрасывали упоминание об этих работах в
посмертных переизданиях трудов учителя.
Но одним Лоренцем число предшественников не ограничивается.
Некоторые авторы предлагают считать создателем теории пограничного слоя самого
Пьера Симона Лапласа и вроде бы имеют для этого все основания. Тот
рассматривает в четвертом томе своего знаменитого "Трактата о небесной
механике", вышедшего в Париже в 1805 году, форму капли ртути, лежащей на
горизонтальной стеклянной пластине. Лаплас отмечает большую сложность базового
уравнения и предлагает исходить из естественного предположения: силы
поверхностного натяжения существенны лишь в узкой области, прилегающей к
пластине. В этой области из-за ее узости можно заменить настоящую форму
вертикальным отрезком прямой. Форма остальной части области при отбрасывании
сил поверхностного натяжения определяется без труда, а затем два упрощенных
решения можно срастить и получить полное решение задачи. Занятно, кстати, что
решение Лапласа неоднократно переоткрывалось: например, лордом Рэлеем в 1915
году и даже нашим современником С. И. Риенстра - в 1990!
В списке тех, кто использовал идеологию пограничного слоя для
решения различных задач до Прандтля,- Герц (контактные задачи), Максвелл
(определение вязкости газов), Гельмгольц и Кирхгофф (теория электричества),
Рэлей (теория диффракции, теория оболочек), Ляв, Лэмб и Бассет (теория
оболочек). Казалось бы, разобраться во всем этом и выделить кого-либо трудно,
но в заключении своей статьи М. Ван Дайк делает очень глубокое, на мой взгляд,
замечание. Пожалуй, говорит он, во всех рассмотренных случаях следует говорить
не о корнях метода пограничного слоя, а о его зернах, причем зернах
непроросших, поскольку сами упомянутые работы не имели продолжения в
исследованиях их авторов или учеников. И это вовсе не случайно.
Дело в том, что и Лаплас, и другие исследователи считали свои
решения искусственными приемами, справедливыми только для данной конкретной
задачи, , и не увидели всей стоящей за понятием пограничного слоя общности.
Иными словами, не было озарения, инсайта, выхода за конкретную проблему.
Конечно, здесь тоже не все так просто, и тот же Л. Прандтль, по-видимому, не до
конца понимал всю общность и значение своего открытия и не использовал понятие
пограничного слоя даже в родственных задачах гидромеханики, где это было
наиболее естественно. И все же именно ему принадлежит решающий шаг в этой
области, и именно его мы можем с полным основанием считать творцом понятия
пограничного слоя.
Точно так же, думаю, мы можем считать Б. Мандельброта
творцом множества Мандельброта, хотя, конечно, предшественников цитировать надо