Mandelbrot ve Fraktal Geometri

İnternette bir yerlerde mutlaka karşınıza çıkmıştır; görüntüyü ne kadar büyütürseniz büyütün birbirini tekrarlayan, iç içe, ilk baştaki görüntünün aynısı olan şekillerin bulunduğu "fantastik" fraktaller... Görsel ve sanatsal izdüşümlerinin dışında asıl olarak matematik ve fizikte büyük öneme sahip olan bu yapıların en ünlüsü olan Mandelbrot kümelerinin "babası" Benoit Mandelbrot geçtiğimiz hafta vefat etti. Uzun ve verimli bir bilim kariyerinin ardından 85 yaşında kansere yenik düşen Mandelbrot kendi alanında son 30 yılın en etkili insanlarından biriydi diyebiliriz. Ölümüne istinaden, şöhretini borçlu olduğu fraktal yapıları ve Mandelbrot kümeleri hakkında birşeyler karalayım istedim.

Mandelbrot, frakteller konusunda efsanevi kitap olarak tanımlanabilecek "The Fractal Geometry of Nature" kitabını şu cümlelerle açıyor :

"Neden geometri çoğu zaman 'soğuk' ve 'yavan' olarak tanımlanır ki? Böyle olmasının bir nedeni bir bulutun, bir dağın, bir sahil şeridinin ya da bir ağacın şeklini tarif edememesidir. Ne bulutlar küre, dağlar koni, sahil şeritleri çember şeklindedir, ne de yıldırım dümdüz doğru boyunca hareket eder."

Mandelbrot'un işaret etmeye çalıştığı doğada gözlediğimiz şekillerin hiçbirinin Öklid'in zamanından miras geometride kullandığımız , idealize edilmiş düzgün şekillerde olmadığı. Örneğin bir ağacın dallarının oluşturduğu şekiller, bir kümülüs bulutunun sınırını ya da bir tepenin şeklini belirleyen çizgiler düzgün olmaktan çok girintiler çıkıntılarla doludur. Doğada bunun birçok örneği var ve görüyoruz ki doğa bizim ideal geometrimizden farklı olarak oldukça "pürüzlü". "Pürüzlü" bir cisime basit bir örnek olarak Koch kartanesini verebiliriz.


Eşkenar bir üçgen alıp her kenarını üçe bölüp ortadaki üçte birlik kısımdan yeni bir eşkenar üçgen üretelim ve bunu oluşan bütün kenarlar için sonsuza kadar tekrarlayalım. İlk dört adımı yukarıda verilen şeklin sonsuz adımda oluşan halindeki herhangi bir üçgene yakınlaştığınızda ilk baştaki şeklin aynısını bulacaksınız.. Sonsuza kadar kendini tekrar eden bir geometri...

Bulutların sınır çizgileri incelendiğinde karşımıza çıkan fraktal yapılar

Her ne kadar bu cisimler pürüzlülükleriyle "kural dışı" gibi dursalar da matematik modelleri çıkartıldığında ortaya çok ilginç sonuçlar çıkıyor. Fraktal yapılar adı altında incelenen bu bu şekillerin ilk akla geleni Mandebrot kümeleri. Aslında temelinde çok basit olarak "yineleme" yöntemi ile oluşturulan bu kümelerin grafiksel gösterimleri gerçekten nefes kesici olabiliyor.

Mandelbrot kümesinin iki boyutlu düzlemde renklendirilerek gösterimi

Yukarıdaki görüntünün ilk bakışta birçok simetriye sahip olduğu kolaylıkla görünüyor ama şeklin asıl etkileyici kısmı görüntüye herhangi bir noktadan ne kadar yaklaşırsanız yaklaşın yine ilk görüntüdeki yapının aynısı ile karşılaşıyorsunuz. Bahsettiğim şeyi animasyon halinde görmek için aşağıdaki videoya bir göz atın:

Mandelbrot Kümesinin 10 üzeri 214 kez büyütülerek elde edilen görüntüler!

Bu görüntünün altında yatan matematik aşağıda Mandelbrot'un kendi yazısıyla yazdığı denklemden ibaret. Konunun detaylarını öğrenmek isteyenleri Plus dergisindeki "Unveiling the Mandelbrot Set" yazısına yönlendiriyorum.

Edge'in 2007'de düzenlediği "21.yy için Formüller" çalışmasında Mandelbrot'un katkısı olan formül ( Kaynak : Edge.org )

Mandelbrot ve çalışmaları hakkında daha fazla bilgi edinmek için Edge'in Mandelbrot'un anısına hazırladığı özel sayfa ve makalelere göz atılabilir.

Son olarak Mandelbrot'un TED 2010'da Fraktaller ve genel olarak çalışmalarıyla ilgili yaptığı harika konuşmayı da aşağıdan izleyebilirsiniz. ( TED bağlantısı için tıklayınız )