Billeder af Julia-mængder
Billeder af Julia-mængder
Billeder af Julia-mængder
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.