Фрактальная геометрия природы

4. Поверхность есть фигура, обладающая только длиной и шириной.

5. Оконечностями поверхности являются линии.

Развитие темы находим в определениях, с которых начинается короткая девятая книга, посвященная геометрии пространства:

1. Тело есть фигура, обладающая длиной, шириной и глубиной.

2. Оконечностями тела являются поверхности.

(На эту тему у Хита [208] имеются подробные комментарии.)

Происхождение перечисленных идей покрыто мраком неизвестности. Гатри (см. [185], т. 1) усматривает следы понятия размерности еще у Пифагора (582 – 507 г. до н. э.), Ван – дер – Варден же полагает, что эти следы не следует принимать в расчет. С другой стороны, Платон (427 – 347 г. до н. э.) в седьмой книге своего «Государства» комментирует Сократа следующим образом: «после плоских поверхностей … правильным будет добавить к двум измерениям третье … то есть измерение, присущее кубам и прочим телам, обладающим глубиной». Было бы весьма полезно разузнать больше о других доевклидовых исследованиях, связанных с понятием размерности.

Риман. Отсутствие каких бы то ни было исследований концепции размерности было отмечено Риманом в его диссертации «О гипотезах, сформировавших фундамент геометрии» (1854).

Эрмит. Репутация Шарля Эрмита как архиконсерватора от математики (см. его письмо Стилтьесу в главе 6) подтверждается также его письмами, адресованными Миттаг – Леффлеру (см. [119]).

13 апреля 1883 г.: «Читать писания Кантора – сущая пытка … и ни у кого из нас не возникает искушения подражать ему … . Соответствие между прямой и плоскостью абсолютно нас не трогает, и мы полагаем, что это наблюдение (по крайней мере, до тех пор, пока никто не сделал из него никаких выводов) протекает из рассмотрения материй настолько произвольных, что автору было бы лучше воздержаться от его обнародования …. Однако Кантор вполне может найти читателей, которые станут изучать его работы с интересом и удовольствием, чего о нас сказать, увы, нельзя».

5 мая 1883 года: «Перевод статьи Кантора был отредактирован Пуанкаре со всей тщательностью …. Он полагает, что почти всем читателям – французам будут чужды изыскания Кантора, сочетающие в себе философию с математикой и носящие чрезмерно произвольный характер. Я думаю, что Пуанкаре прав».

Пуанкаре. Красноречивое и в коечном счете чрезвычайно плодотворное развитие идей Евклида было представлено Пуанкаре в 1903 г. (см. [478], глава III, раздел 3) и в 1912 г. (см. [479], часть 9). Позволю себе процитировать кое-что в моем вольном переводе.

«Что мы имеем в виду, говоря, что размерность пространства равна трем? Если для разделения континуума C достаточно рассмотреть в качестве сечений определенное количество различных элементов, мы говорим, что размерность такого континуума равна единице …. Если же … для разделения континуума достаточно взять сечения, образующие один или несколько континуумов с размерностью, равной единице, мы говорим, что размерность континуума C равна трем; и так далее.

Для обоснования этого определения необходимо выяснить, как именно геометры вводят в начале своих работ понятие размерности. Итак, что же мы видим? Как правило, они начинают с определения поверхностей как границ тел либо участков пространства, кривых – как границ поверхностей, точек – как границ кривых, причем утверждают, что далее эту процедуру продолжить невозможно.

Это в точности совпадает с определением, приведенным выше: для разделения пространства необходимы сечения, называемые поверхностями; для разделения поверхностей – сечения, называемые кривыми; точку же разделить нельзя, так как она не является континуумом. Поскольку кривые разделяются сечениями, которые не являются континуумами, размерность кривых равна единице; поскольку поверхности разделяются непрерывными сечениями с размерностью, равной единице, размерность поверхностей равна двум; и, наконец, пространство можно разделить непрерывными сечениями, обладающими двумя измерениями, следовательно, пространство является континуумом с размерностью, равной трем».

Вышеприведенные рассуждения неприменимы к фрактальной размерности. Для внутренних областей всевозможных островов, упоминаемых в нашем эссе, размерности D и D_T совпадают, и обе равны двум, однако береговые линии ведут себя совершенно иначе: их топологическая размерность равна единице, а фрактальная – превышает единицу.

От Брауэра до Менгера. А сейчас заглянем в «Теорию размерности» Гуревича и Уоллмена [231]: «В 1913 г. Брауэр построил на интуитивном фундаменте, предложенном Пуанкаре, точное и топологически инвариантное определение размерности, которое для очень широкого класса пространств эквивалентно тому, что мы используем сегодня. Статью Брауэра в течение многих лет никто не замечал. Затем, в 1922 г., независимо от Брауэра и друг от друга концепцию Брауэра воспроизвели Менгер и Урысон, причем с важными уточнениями.