24.07.2013 Views

Billeder af Julia-mængder

Billeder af Julia-mængder

Billeder af Julia-mængder

SHOW MORE
SHOW LESS

Create successful ePaper yourself

Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.

1<br />

<strong>Billeder</strong> <strong>af</strong> <strong>Julia</strong>-<strong>mængder</strong><br />

<strong>af</strong> Gert Buschmann<br />

Dengang fraktalerne så dagens lys, var der endnu noget tilbage <strong>af</strong> den orden,<br />

ifølge hvilken nyskabelser der ikke syntes at føje sig smukt ind i mønsteret <strong>af</strong><br />

det gamle, måtte ses kritisk an og næsten med sikkerhed blev dømt som nedbrydende<br />

for den begrænsning og harmoni der måtte være i kulturen for at<br />

tingene kunne have deres virkning. Ånden, mente man, havde ligesom naturen<br />

love der måtte følges når man dyrkede, og fejl kunne føre til uoprettelige<br />

skader. At en vækst på et ukultiveret sted skulle vise sig nyttig, var næsten<br />

utænkeligt, og omvendt var der vækster på de kultiverede steder som var så<br />

nyttige at deres betydning kun behøvede at kunne vurderes <strong>af</strong> få mennesker -<br />

et paradoks som kom <strong>af</strong> at man havde forpligtelser overfor højere instanser<br />

såsom Gud, nationen, fremtiden. Men denne kulturorden kunne ikke vare<br />

ved. De højere instanser og uligheden i livsmulighederne kom i konflikt med<br />

en ny tids ideer, og væksten i velstand og smag for nyhed og sjov betød at<br />

man bekymrede sig mindre: der skulle mere til førend noget var skadeligt og<br />

der skulle mindre til for at rette op på en skade.<br />

Et typisk eksempel på den form for virke som var opstået i gammel tid og<br />

som for det meste kun var tiltænkt at skulle ofres til en højere instans, var<br />

matematikken. Den nye tids ugudelighed viste sig til at begynde med derved,<br />

at jo mere lærdomskrævende matematikken blev, jo mere forsvandt matematikeren<br />

fra den almindelige bevidsthed - og ligeledes hans håb om udødelighed,<br />

idet man foretrak at læse og skrive om den nemme fortid frem for<br />

den svære nutid. Men så blev matematikken pludselig synlig igen, men en<br />

matematik som måtte kaldes et tilbageskridt, idet den blot var foranlediget <strong>af</strong><br />

den nye teknologis redskaber og problemstillinger - og latterlig elementær i<br />

forhold til hans matematik - men dens folk kunne, oftest blot i kr<strong>af</strong>t <strong>af</strong> det nyopfundne<br />

apparatur, kapre en opmærksomhed som evnerne og tålmodigheden<br />

ellers ikke havde berettiget til.<br />

Den forkerte form for uretfærdighed? Næh såmænd nej, tænkte denne matematiker:<br />

kulturens retfærdige uretfærdighed lader sig kun forstyrre midlertidigt.<br />

Hans fagområde var så veletableret og nød så stor respekt blandt fagets<br />

kendere, at intet anstændigt menneske hverken kunne eller ville anfægte<br />

hans nytte. Thi hans virke gjaldt kulturens ædelsten, og disse skabes ved tid og<br />

tryk. Og selv om sådanne forhold ikke er almindelige - og de mennesker som<br />

forstår at værdsætte kulturskattene heller ikke er almindelige - så ligger driften<br />

imod forædling i menneskets natur, og opretholder man blot et vist mål <strong>af</strong>


2<br />

almen dannelse, så vil enhver indse og (inderst inde) godkende den højere<br />

orden som menneskene og deres skaberværker har deres plads i. Og de vil<br />

erkende, at det spektakulære altid er blændværk som kun berører følelserne<br />

et øjeblik, idet det herefter kun vil vække latteren – enten fordi det er latterligt<br />

eller fordi man ikke mere fatter at det kunne frembringe det postyr det gjorde.<br />

Og tilsvarende, at det ægte stemmer os til alvor fordi det udfordrer og<br />

stiller krav til os, og fordi det, da vores indsats altid vil være mangelfuld, har<br />

en tendens til at undfly os, idet det så at sige søger ned imod det dyb hvorfra<br />

det er hentet. Opretholder man disse erkendelser, vil kulturen støt og roligt<br />

gå frem, fordi hoben vil have den portion dårlige samvittighed som den behøver<br />

og geniet vil have den stiltiende anerkendelse som han behøver. Således<br />

tænkte matematikeren (dengang).<br />

Kunstneren, hvis billeder var ligeså abstrakte som matematikerens teorier,<br />

havde ikke dennes stabile indkomst og tro på at kulturens dybere lovmæssigheder<br />

er ligeså smukke som matematikkens, men hans forestilling om udviklingen<br />

var ikke mindre absurd: "Nu er mennesket endelig, igennem en lang<br />

lang udvikling, nået frem til den erkendelse, at den ædleste og sandeste<br />

kunst er den hvori formerne og farverne og ordene og tonerne er gjort fri <strong>af</strong><br />

krav om at skulle efterligne og tjene interesser, og så vender virkeligheden<br />

Gud hjælpe mig tilbage - og nu med fornyet styrke. For disse fraktaler må<br />

kaldes <strong>af</strong>bildninger <strong>af</strong> noget virkeligt, og de mennesker som laver dem har en<br />

tænkemåde som vinder mere og mere udbredelse og som man er <strong>af</strong>mægtig<br />

overfor. Denne Mandelbrot-mængde er bare begyndelsen, deres formler har<br />

ingen grænser, og billederne vil blive mere og mere barokke. Og det er noget<br />

folk kan forstå og vil elske, de vil bruge timer på at gå på opdagelse i dem og<br />

matematikerne vil tjene millioner".<br />

Disse to venner - matematikeren og kunstneren - som nu er noget oppe i årene,<br />

havde i sin tid mødt hinanden i Paris hvor de begge studerede. Matematikeren<br />

har lige siden omtalt dette ophold som spild <strong>af</strong> skatteydernes penge og<br />

distraherende for ham selv. Kunstneren er ikke ligeså u<strong>af</strong>hængig <strong>af</strong> menneskenes<br />

vurderinger og materialernes egenskaber som matematikeren, og han<br />

har lært at mestre disse så godt at han kan nyde deres genstridighed, men<br />

han erkender at man, når man er ude i verden, må mobilisere ekstra selvtugt<br />

hvis det ikke skal udarte til turisme. Og de deler den opfattelse at det netop<br />

er den vej udviklingen er gået: engang var en højere uddannelse en rejse som<br />

krævede møjsommelig forberedelse og hvor man sneglede sig frem, idag –<br />

således forekommer det dem - er videnstilegnelse en sight-seeing hvor blikket<br />

farter hid og did og på kryds og tværs <strong>af</strong> alle grænser. "Det er ubegribeligt at<br />

en så løsagtig form for kunnen kan <strong>af</strong>stedkomme så megen iver og målrettet-


3<br />

hed", sagde kunstneren en dag. "Det er ikke dér det ubegribelige ligger", svarede<br />

matematikeren, "hoben skubbes frem – imod <strong>af</strong>grunden kunne man tilføje<br />

- eliten trækkes frem – <strong>af</strong> en tro på en højere verden og en drøm om et evigt<br />

liv i den. Og det ubegribelige er, at vi har mistet troen i enhver betydning <strong>af</strong><br />

ordet. Du sagde engang, at du betragter et lærred med to signaturer for blasfemi.<br />

Dette viser at du er et troende menneske!". Denne forandring <strong>af</strong> verden<br />

– fra det at skulle forstå en orden og mening som var relativt u<strong>af</strong>hængig <strong>af</strong> tiden,<br />

til det at skulle finde fortolkninger som kan tjene ens interesser og som<br />

hele tiden må fornys - er et emne som altid berøres når de mødes. Dog aldrig<br />

uden at de sandheder de når frem til viser uønskede sider.<br />

En dag, under en god middag i matematikkerens hjem, var det fraktalerne<br />

som erindrede dem om at antipati imod en ting ofte kommer <strong>af</strong> antipati imod<br />

de mennesker som vi forbinder med tingen - hvilket naturligvis ikke altid<br />

kan dadles. "Forstil dig", sagde matematikeren, "at der fandtes en orkidé-art<br />

som groede efter et princip der mindede om de flotteste <strong>Julia</strong>-<strong>mængder</strong> og<br />

som for alle mennesker stod som kronen på Gud skabervirksomhed i skønhedsmæssig<br />

henseende - øh næst efter kvinden - og som derfor var lovprist<br />

<strong>af</strong> digtere og malere. Men så opdager man - en matematiker måske - det princip<br />

der genererer deres vækst - og generaliserer det - og får billeder frem på<br />

computerskærmen som er endnu flottere. Så ville orkideerne være berøvet<br />

deres hemmelighed, og digterne og malerne ville føle sig som idioter". "Ja",<br />

svarede kunstneren, "det bliver sværere og sværere for den anstændige<br />

kunstner at skildre verden. Han må enten søge imod fortiden eller imod verdener<br />

som er uberørte <strong>af</strong> mennesker". "Uberørte <strong>af</strong> blandt andet matematikere",<br />

indskød matematikeren. "Du véd hvad jeg mener - vi har talt nok om den<br />

sag. Du søger selv - ligesom jeg og <strong>af</strong> samme grund - imod det abstrakte".<br />

"Jeg vil sige, at jeg søger imod de ting som er dybest prægede <strong>af</strong> menneskene,<br />

hvilket indebærer at de kommer sent i udviklingen, og det betyder paradoksalt<br />

nok at de kan have et skær <strong>af</strong> umenneskelighed over sig. De ting som vi<br />

forbinder med det umenneskelige – cykelrytternes maskinagtige ydre og indre<br />

– rockmusikkens hamren – studieværternes rablen – er i virkeligheden<br />

såre menneskelige: således bliver mennesket i tidsaldre til hvor kulturen er<br />

sat ud <strong>af</strong> kr<strong>af</strong>t og hvor naturen vender tilbage. Og så vil jeg sige, at jeg er taknemmelig<br />

for den tid og det miljø som skæbnen placerede mig i. Ja man kan<br />

jo egentlig sige, at vi uforbedrelige romantikere som insisterer på modstand,<br />

lever i en slags guldalder lige nu. Vi kender ikke til fattigdom eller er truet på<br />

livet, og vi bilder os ind at vores fredelige modstandere inderst inde værdsætter<br />

og misunder os. Problemet er, at de ikke er til at råbe op, men den tanke<br />

at man stillede dem nogle nærgående spørgsmål, pirrer mig. At man fik<br />

dem til at fornemme den pris de betaler for deres sociale samvær. Tag nu


4<br />

fraktalerne, billederne er fascinerende og vækker opsigt, men matematikken<br />

er kedelig – den er uden dybde og skønhed. Dette kunne for resten tyde på at<br />

de unge idag kaster sig over den. For resten nej, der er næppe penge i den.<br />

For resten!", matematikeren brød ud i latter: "Ka' du huske hva' du forestillede<br />

dig dengang?" "Ja, men det var jo ikke fraktalerne der var det <strong>af</strong>gørende i<br />

det vi diskuterede. Jeg sagde, at der er noget sterilt over de naturlove som<br />

menneskene kan fatte, og som de kaster sig over, enten bare for at vise at de<br />

kan fatte dem eller fordi de kan drage nytte <strong>af</strong> dem". "Ja, og hertil svarede jeg,<br />

som jeg lige har antydet, at dette netop er de naturlove hvis <strong>af</strong>dækning er en<br />

naturlov, hvorimod den største og mest ægte videnskab i sig selv er ufattelig.<br />

Fordi den er forårsaget <strong>af</strong> en trang som ikke på nogen måde kan forklares,<br />

men som snarere synes i strid med menneskets natur. Men lad nu dette være<br />

nok for i dag, lad os nu, for en kort bemærkning, lade fraktalerne være det <strong>af</strong>gørende.<br />

Jeg foreslår at vi arrangerer en... øh sight-seeing i fraktalernes verden.<br />

Jeg har ikke set dem i årevis, jeg ka' dårlig huske hvordan de egentlig ser<br />

ud - jeg bliver helt nysgerrig – konkurrencen er jo hård i billedverdenen. Vi<br />

må ud at surfe når vi er færdige".<br />

Så efter middagen trak de lænestolene og bordet med k<strong>af</strong>fekopper og cognacglas<br />

hen til matematikerens computer og indtastede "fractal". "Der er langt<br />

imellem sjusserne her", mumlede matematikeren og satte farten op. Men <strong>af</strong><br />

og til opholdt han sig nogle sekunder ved et billede, og som minutterne skred<br />

frem kom hovedet tættere og tættere på skærmen, hvorimod kunstneren sank<br />

dybere og dybere tilbage i lænestolen. "Du må undskylde", sagde denne, "vi<br />

fæstner os jo ved forskellige ting - men jeg ka' se at det optager dig - du er ligegodt<br />

imponeret, hva'?" "Imponeret!", svarede matematikeren, "Det er skoledrenge<br />

der er på spil her! Se det dér billede. Du har et iterationsudtryk med<br />

et tiltrækkende fikspunkt og en lillebitte figur ved fikspunktet, så har du det<br />

billede. Men se her, her er et program man kan købe - 50 $. Man ka' prøve<br />

det, la' os se. Ja, der har vi jo gamle Mandelbrot! Man kan zoome ind med sådan<br />

et rektangel. Se her, nu rejser vi ned i Søhestedalen, sådan, længere og<br />

længere ned..." "Jamen? - hvor er søhestene?", udbrød kunstneren, "Joh de er<br />

der, men hvorfor ser de sådan ud? - de er jo helt udtværede". "De har sgu' aldrig<br />

været der!", brølede matematikeren, "Det er nogen tumber hele bundtet!<br />

- og det har de altid været!" "Jamen søhestene har da været der!", insisterede<br />

kunstneren. "Der er noget muggent ved déther", fortsatte matematikeren, "Jeg<br />

indtastede i sin tid det program de havde lavet søhestene med, men jeg fik<br />

det aldrig til at virke - ikke ordentligt - jeg havde en følelse <strong>af</strong> at der var noget<br />

galt med proceduren, men jeg fik ikke set nærmere på det. Meeen den sag<br />

ska' undersøges! Her er noget for os at gå igang med. Ja dig og mig!", sagde<br />

han på vej ud <strong>af</strong> stuen.


5<br />

Han kom tilbage med nogle fotokopier og en diskette. "Her har vi søhestene.<br />

Joh, man ka' pludselig fornemme det sug i maven man følte dengang. Men<br />

de er uden farver og dikkedarer, og så ka' de vel ikke kaldes kunst. Og du påstår<br />

at de heller aldrig er blevet kunst og jeg påstår at de heller aldrig er blevet<br />

matematik. Jeg synes sgu' ærlig talt at fraktalerne er blevet uretfærdigt behandlet!<br />

Det er muligt at de i vores stopfyldte verden ikke kan kræve mere<br />

opmærksomhed end et øjebliks forundring, men dette øjeblik skal da - det<br />

formoder vi da - skænkes alle mennesker i al fremtid, og bør vi så ikke gøre<br />

os den ulejlighed at skabe nogle anstændige billeder? Jeg tænker på billeder<br />

som er helt naturlige i matematisk henseende - fri for al det søgte og tilfældige<br />

– de skal demonstrere noget på én gang nærliggende og tankevækkende.<br />

For resten, her vi måske en sådan verden som du og jeg længes efter. Jeg forestiller<br />

mig nogle surrealistiske landskaber som man ikke forbinder med nogen<br />

kultur - formationer skabt <strong>af</strong> sære og ukendte naturlove. Sterile? – det<br />

kommer vel an på lyset og farverne. Jeg kan allerede se dem for mig. Ser du,<br />

det der undrer mig ved alle de billeder vi så, er at <strong>af</strong>standsfunktionen er totalt<br />

fraværende. Afstandsfunktionen er der en formel for i de her papirer. For<br />

et punkt udenfor fraktalen estimerer den <strong>af</strong>standen ind til fraktalen - den er<br />

altså ikke præcis, og langt væk fra fraktalen kan tallet sikkert <strong>af</strong>vige meget fra<br />

den sande <strong>af</strong>stand – ja det skulle ikke undre mig om den har singulariteter -<br />

men jo mere man nærmer sig til fraktalen jo mere korrekt bliver tallet. Det er<br />

ved hjælp <strong>af</strong> den formel man i sin tid fik den flotte rand frem. Selve fraktalen<br />

er uendelig tynd, og det betyder at computeren ikke umiddelbart kan tegne<br />

den: sandsynligheden for at et <strong>af</strong> de punkter der tegnes ligger på fraktalen er<br />

lig nul. Man får kun et indtryk <strong>af</strong> fraktalen igennem farvelægningen, men da<br />

farverne kommer til at ligge tættere og tættere jo mere man nærmer sig fraktalen,<br />

bliver billedet grumset og uæstetisk. Ved <strong>af</strong>standsformlen kan man få<br />

et klart billede <strong>af</strong> selve fraktalen, og man fjerner grumset. Men det jeg kommer<br />

til at tænke på er, at <strong>af</strong>standsfunktionen jo giver anledning til et landskab:<br />

i ethvert punkt udenfor fraktalen går man ligeså højt tilvejrs som <strong>af</strong>standsfunktionens<br />

værdi i punktet, så får man et bakket landskab hvor igennem<br />

fraktalen løber som en flod. Og det landskab kan man jo vise i perspektiv<br />

- og i en belysning som får det til at fremtræde som virkeligt. Matematisk<br />

set er det rutinearbejde - programmet det skal selvfølgelig laves sådan at man<br />

kan zoome ind og finde det helt rigtige motiv. Men hva' siger du? Det er jo<br />

dig der skal trække det tunge læs: farvelægningen. Den foregår - som du sikkert<br />

lagde mærke til - og kan tænke dig til - ved en farveskala som bidder sig<br />

selv i halen, og den skal konstrueres. Og det må være noget med at lægge en<br />

lukket kurve i et område der parametriserer farverne. Kurven behøver nok<br />

bare at være en cirkel eller ellipse, men det er området der er problemet.<br />

Computerteknisk ville det være nemmest at lade det være terningen med


6<br />

kantlængde 255 <strong>af</strong> RGB-værdierne, men det med ellipser i en firkant klinger<br />

ikke godt, og hvordan er det nu med de rene farver? Det er dem enhver farve<br />

fås <strong>af</strong> ved at iblande hvid og sort, så det må være dem hvor RGB-talsættet indeholder<br />

både 0 og 255, og de ligger langs de seks kanter der ikke indeholder<br />

det sorte og det hvide hjørne. Jeg vil hellere have dem til at ligge på en cirkel<br />

- ligesom i farvelæren. Du fortalte engang hvordan cirklen <strong>af</strong> de rene farver<br />

dannes - det er virkelig tankevækkende. Jeg lavede et program, det må vi finde<br />

frem. Nuvel, enhver tænkelig farve fås ved blande hvidt og sort i en <strong>af</strong> farverne<br />

på cirklen, og det betyder at farverne er parametriseret ved en dobbeltkegle<br />

der har cirklen tilfælles og hvor sort er det ene toppunkt og hvid det<br />

andet. Det er ved hjælp <strong>af</strong> denne kegle at vi skal farvelægge fraktalerne".<br />

***<br />

De første par dage gik alt som en leg for matematikeren. Senere da han skulle<br />

se hvordan det går når man går fra rationale til trancendente funktioner, kom<br />

hans matematiske intuition dog på en hård prøve: det er noget naturstridigt<br />

ved <strong>Julia</strong>-<strong>mængder</strong>ne, de udarter, men har ikke-trivielle tilnærmelser. Og da<br />

han gik i lag med de ikke-holomorfe funktioner opstod nye besynderligheder,<br />

flere ting måtte han opgive at forstå til bunds, men han mente at han<br />

kunne forklare det man ser på skærmen, og desuden var hans tid udløbet.<br />

Han nedskrev al sin teori, den kom til at fylde fire sider, og skulle nogen ønske<br />

at se disse, er de her: www.juliasets.dk/Fraktaler_Outline.<br />

Han gjorde dog den triste erfaring, at smukke motiver er meget vanskelige at<br />

finde, der skal mange indtastninger <strong>af</strong> parametre til, og megen leden efter<br />

brugbare lokaliteter, og det er åbenbart en naturlov at helheden og detaljen<br />

ikke harmonerer sammen. Men sådan er det vel strengt taget med alting –<br />

verden er disharmonisk. Og det kan vi ikke forlige os med, så derfor udvælger<br />

og omordner vi, og sætter resultatet i glas og ramme. Matematikeren har<br />

igennem årene fået mere blik for det menneskeskabte i sin matematik. Ikke<br />

bare begreberne, men også den uforklarlige størrelse atmosfære. Hans matematik<br />

hører en helt anden verden til end den vi lever i nu, den holdes kun i<br />

live <strong>af</strong> ham selv og nogle få andre, og dette er han taknemmelig for. Tænk<br />

hvis han havde valgt noget populært som speciale, f.eks. fraktalerne. Så havde<br />

han været påtvunget et fællesskab med de mennesker de mødte da de surfede<br />

på Internettet. Kunstneren havde åbenbart tænkt noget tilsvarende, for<br />

han begyndte at gøre besværligheder. Men lad os nu tage tingene i den rigtige<br />

følge: først matematikken og så kunsten.<br />

Lad f(z) være en rational kompleks funktion. Når vi itererer et punkt z med<br />

f(z) er det almindelige at iterationsfølgen konvergerer imod en endelig cykel


7<br />

z1, ..., zr, og at alle punkter i en omegn <strong>af</strong> z konvergerer imod den samme cykel,<br />

og der vil højst være endelig mange <strong>af</strong> disse cykler. Dette betyder en opdeling<br />

<strong>af</strong> planen i endelig mange åbne områder - et sådant kalder vi et Fatouområde.<br />

Komplementær-mængden til foreningen <strong>af</strong> Fatou-områderne er en ikke-tom<br />

og ikke-numerabel nulmængde - den kalder vi <strong>Julia</strong>-mængden hørende<br />

til f(z). Den er randen <strong>af</strong> hvert <strong>af</strong> Fatou-områderne. For z tilhørende <strong>Julia</strong>mængden<br />

er iterationsfølgen i almindelighed kaotisk, men for numerabelt<br />

mange z ender den i en endelig cykel. Undtagelsessituationen for et Fatouområde<br />

er at den endelige cykel ikke er tiltrækkende men neutral, og dette betyder<br />

at iterationsfølgerne blot ender med at kredse i cirkelagtige bevægelser<br />

om dens punkter. Ethvert Fatou-område indeholder en løsning til ligningen<br />

f'(z) = 0, en sådan kaldes et kritisk punkt for iterationen.<br />

På et tiltrækkende Fatou-område kan vi definere en potentialfunktion φ(z). Vi<br />

lader z* være et <strong>af</strong> cyklens punkter og betegner den n-te iteration <strong>af</strong> z ved zn.<br />

Hvis cyklens orden er r, er z* fikspunkt for f (r) (z) og vi har f (r) (z) = (z – z*) p h(z)<br />

+ z*, hvor p er et naturligt tal og h(z*) ≠ 0. For p = 1 er tallet α = 1/│(f (r) )'(z*)│<br />

(= produktet <strong>af</strong> tallene 1/│f'(zi)│ over cyklens punkter = 1/│h(z*)│) et mål<br />

for cyklens tiltrækning, og hvis m er et nummer således at zm er tilstrækkelig<br />

nær z*, kan vi sætte<br />

φ(z) = lim k→∞ 1/(│zm+rk – z*│α k ).<br />

p > 1 betyder at α = ∞ og at f'(zi) = 0 for et <strong>af</strong> cyklens punkter, og i dette tilfælde<br />

kaldes cyklen supertiltrækkende. Vi kan nu sætte<br />

φ(z) = lim k→∞ log│zm+rk - z*│/α k ,<br />

hvor α = p - eller, hvis cyklen er det supertiltrækkende fikspunkt ∞, hvilket<br />

betyder at i f(z) er graden <strong>af</strong> tælleren mindst 2 større end graden <strong>af</strong> nævneren:<br />

φ(z) = lim k→∞ log│zk│/α k ,<br />

hvor α nu skal være forskellen imellem de to grader.<br />

Hvis ε er et (meget) lille positivt tal og n er det første iterations-nummer således<br />

at │zn+r - z*│< ε, er φ(z) tilnærmelsesvist givet ved:<br />

1/(│zn – z*│α k ) henh. log│zn – z*│/α k ,


8<br />

hvor k = [n/r] (+ en konstant som er uden betydning), og dette tal er 1/(εα k' )<br />

henh. logε/α k' , hvor k' = k - κ og κ opfylder 0 ≤ κ < 1 og er givet ved:<br />

log(ε/│zn – z*│)/log(│zn-r – z*│/│zn – z*│)<br />

henh. log(log(│zn – z*│/logε))/logα<br />

(i første formel er α erstattet med│zn-r – z*│/│zn – z*│). For fikspunktet ∞ har<br />

vi at hvis N er et (meget) stort tal og k er det første iterations-nummer således<br />

at │zk │≥ N, er φ(z) tilnærmelsesvist givet ved log│zk│/α k , og dette tal er<br />

logN/α k' , hvor k' = k – κ og κ = log(log│zk │/log N)/logα.<br />

Det er det reelle tal k' der giver den mest naturlige farvelægning, idet farvevariationen<br />

følger fraktalens form - men metoden bruges ikke, for som der<br />

står skrevet et sted: "Most fractal artists do not care about potential, but they<br />

are very interested in continuous values" (underforstået: enklere metoder).<br />

Hvis vi dividerer potentialfunktionen φ(z) med normen <strong>af</strong> dens gradient<br />

φ'(z), får vi en funktion δ(z) = φ(z)/|φ'(z)| som må være et mål for en <strong>af</strong>stand,<br />

nemlig fra <strong>Julia</strong>-mængden: ved tilnærmelse til denne bliver δ(z) proportional<br />

med den sædvanlige <strong>af</strong>stand. Hvis vi lader z'k være den <strong>af</strong>ledede <strong>af</strong><br />

zk (mht. z), har vi henh.<br />

og<br />

δ(z) = lim k→∞ │zk – z*│/│z'k│<br />

δ(z) = lim k→∞ │zk│log│zk│/│z'k│,<br />

hvor z'k succesivt udregnes ved z'k+1 = f'(zk) z'k, idet der startes med z'0 = 1.<br />

Ved hjælp <strong>af</strong> <strong>af</strong>standsfunktionen kan man få et klart billede <strong>af</strong> <strong>Julia</strong>-mængden,<br />

idet denne "er" de z således at δ(z) er mindre end et givet lille positiv tal.<br />

Og i modsætning til potentialfunktionen giver den anledning til et behageligt<br />

bakkelandskab over planen som kan tegnes i perspektiv.<br />

En <strong>Julia</strong>-mængde kan have forskellige grader <strong>af</strong> "sammenhænghed": den ene<br />

yderlighed er at den er helt sammenhængende, den anden er at den er totalt<br />

usammenhængende (en Cantor-mængde). Dette giver anledning til begrebet<br />

Mandelbrot-mængde. Vi lader z1 og z2 være to kritiske punkter for f(z), og indfører<br />

en parameter c således at vi betragter iterationsfamilien z → f(z) + c. Da<br />

er Mandelbrot-mængden hørende til z1 og z2, mængden <strong>af</strong> de punkter c således<br />

at z1 og z2 ikke tilhører samme Fatou-område ved iterationen z → f(z) + c.


9<br />

Det indre <strong>af</strong> denne mængde må bestå <strong>af</strong> de c således at z1 og z2 itereres imod<br />

tiltrækkende men forskellige cykler. Når c passerer denne mængdes rand, må<br />

der ske en karaktermæssig ændring <strong>af</strong> <strong>Julia</strong>-mængden for f(z) + c, og disse<br />

<strong>Julia</strong>-<strong>mængder</strong> er derfor mest interessante. <strong>Julia</strong>-<strong>mængder</strong>ne er altid (helt)<br />

selvsimilære, en Mandelbrot-mængde er lokalt selvsimilær, og på dens rand<br />

er denne struktur identisk med <strong>Julia</strong>-mængdens struktur.<br />

Vi får Mandelbrot-mængden frem ved at farvelægge dens ydre: For næsten<br />

ethvert c bestemmer z2 en tiltrækkende cykel, og det at c er udenfor Mandelbrot-mængden<br />

betyder at z1 itereres imod denne cykel, men dette betyder at<br />

potentialfunktion φ(z) (for funktionen f(z) + c og denne cykel) er defineret i<br />

punktet z1, og vi har således en potentialfunktion på området udenfor Mandelbrot-mængden<br />

(i formlen for <strong>af</strong>standsfunktionen δ(z) skal dog nu differentieres<br />

med hensyn til c, så derfor foregår den succesive udregning <strong>af</strong> z'k nu<br />

ved z'k+1 = f'(zk) z'k + 1, hvor der startes med z'0 = 0).<br />

Programmet skal indrettes på denne måde: Først vælges to kritiske punkter<br />

(de vælges gr<strong>af</strong>isk og udregnes ved iteration), så kommer Mandelbrotmængden<br />

frem, i denne kan man zoome og ændre farvelægning, og herefter<br />

kan man, ved at flytte et variabelt punkt, gå over til <strong>Julia</strong>-<strong>mængder</strong>ne.<br />

Ved udregningen <strong>af</strong> zk+1 og z'k+1 i programmet, skal z'k+1 udregnes før zk+1, da<br />

z'k+1 beror på zk og ikke zk+1. I bogen "The Science of Fractal Images" fra 1988<br />

tales om at "save the orbit {z0, z1, ..., zk}", og dette betyder udover denne overflødighed,<br />

at z'k kan give anledning til overflow, og (åbenbart også) at "the<br />

images depend very sensitively on the various choices" (5 stk.). Denne "fejl" i<br />

denne kendte bog er måske hovedårsagen til at randen kun findes på få billeder<br />

og kun i det simpleste tilfælde f(z) = z 2 , og at der aldrig er tegnet detaljerede<br />

snit i 3-dimensionale fraktaler. Men i virkeligheden er denne operation<br />

helt uproblematisk, og den virker for alle iterationsudtryk og billedet tager<br />

ikke længere tid.<br />

Matematikeren var en smule stolt <strong>af</strong> sine billeder - kunstneren ville ikke kunne<br />

gøre store indvendinger, men han måtte høres. Og matematikeren ville<br />

også gerne have flere farvemuligheder, og dem kunne kunstneren få lov til at<br />

fumle sig frem til - han havde godt <strong>af</strong> at snuse lidt til de moderne kunstneres<br />

arbejdsredskab. Han sendte kunstneren sit kunstværk og et program som<br />

kunne farvelægge motivet ved at man indtaster de parametre som bestemmer<br />

en ellipse i dobbeltkeglen, samt en tegning <strong>af</strong> denne med tal og farveangivelser<br />

på. Der gik påfaldede mange dage førend kunstneren ringede: "Sig<br />

mig, har du selv kigget på den tegning?" "Nej", svarede matematikeren, "det<br />

er jo det du skal gøre". "Jamen den hjælper ikke! – og otte parametre skal man


10<br />

indtaste, det blir' man idiot <strong>af</strong>! - og dine ellipser er ikke den rigtige form". "Jamen<br />

så ændrer vi dem, det er jo det du skulle undersøge". "Ja, så der kan blive<br />

endnu flere parametre! Du ka' tro nej! Det her er ikke noget jeg står model<br />

til! Jeg er kunstner! Det er farver der er mit fag, ikke tal!" "Javel, men er der<br />

slet ikke noget der virker? - du sagde at man bare skal lægge ellipsen i overensstemmelse<br />

med farvelæren - komplementærfarver overfor hinanden". "Jo,<br />

der er lidt der er til at holde ud at se på - og det er uendelig langt fra dit... dit<br />

kitsch".<br />

Matematikeren bad om at få nogle <strong>af</strong> de tålelige billeder tilsendt, måske de<br />

kunne give ham en idé. Han sagde selvfølgelig ikke hvad han tænkte, nemlig<br />

at kunstnerens farvekunnen højst gælder hans egne billeder, og at kunstnere<br />

i det hele taget er på skideren når de kommer lidt udenfor deres daglige rutine.<br />

Og han undlod at sige, at hvis alt virkelig skal være så mikroskopisk nøjagtigt,<br />

hvordan kan kunstneren så tillade, at farverne i de billeder han viser<br />

på sin hjemmeside <strong>af</strong>viger ganske pænt fra originalernes. Denne tanke gav<br />

matematikeren en lys idé: der er altid et eller andet galt med de billeder man<br />

får frem på skærmen, de må efterbehandles, men de muligheder man har<br />

med de almindelige billedbehandlingsprogrammer er for begrænsede, fordi<br />

de ikke må forudsætte mere matematik end det der skal til for at kunne trække<br />

i et håndtag. Men man kan sikkert opnå underværker, hvis man anvender<br />

farvetransformationer som forudsætter en lille bitte smule tænkning i geometri<br />

og tal.<br />

Matematikeren gættede at det ville være nok med en lineær <strong>af</strong>bildning. Han<br />

lavede et sådant program og prøvede det på kunstnerens billeder, såvel fraktalerne<br />

som fotogr<strong>af</strong>ierne <strong>af</strong> hans værker, og han var forbløffet over programmets<br />

muligheder (det kan hentes på denne adresse: www.juliasets.dk/<br />

Billedbehandling). Han bad kunstneren om at antyde hvilke forandringer i<br />

fraktalerne der skulle foretages, og efter nogle billeder frem og tilbage, erklærede<br />

kunstneren at "kunst og matematik strider imod hinanden", og da matematikeren<br />

jo havde erkendt det samme og da han nu endegyldigt havde fået<br />

bevis for at i hvert fald kunstnere og matematikere strider imod hinanden,<br />

opdagede ingen <strong>af</strong> dem at de var blevet skånet for et dilemma: at skulle sætte<br />

to signaturer på et og samme skaberværk.

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!