Fraktale i punkty Misiurewicza

Michał Misiurewicz, polski matematyk mieszkający w USA: Zdarzało mi się, że przeprowadziłem dowód, a potem okazało się, że wiele lat wcześniej już ktoś to twierdzenie udowodnił. Ale mój dowód był krótszy, więc lepszy.

Aktualizacja: 04.06.2016 21:59 Publikacja: 02.06.2016 15:02

Foto: materiały prasowe

Rz: Czym są odkryte przez pana punkty Misiurewicza?

Odkryte przeze mnie? To za mocno powiedziane, raczej nazwane moim nazwiskiem. Tak zwane prawo Stiglera głosi, że żadne odkrycie naukowe nie nosi nazwiska swego oryginalnego odkrywcy.

I tak jest w tym przypadku?

Trochę tak. Punkty Misiurewicza to specyficzne punkty w zbiorze Mandelbrota. Ja rzeczywiście badałem pewne wartości parametrów, ale w innym, podobnym modelu. A matematycy zajmujący się zbiorem Mandelbrota przeczytali tę pracę i nazwali moim nazwiskiem analogiczne punkty właśnie w zbiorze Mandelbrota.

Czyli w najsłynniejszym fraktalu, zwanym też żukiem Mandelbrota.

Zwanym też przez niektórych zbiorem M.

M?

Czytaj także:

Niektórzy matematycy uważają, że Benoit Mandelbrot nie jest godzien, by nazwać zbiór jego nazwiskiem, bo jego zasługi są niewystarczające. Więc mówią: zbiór M. Mówiłem już, że tak bywa, że to nie odkrywcę honoruje się nazwą.

Mimo wszystko Benoit Mandelbrot to osoba kojarzona bardzo mocno z fraktalami.

Ale nie on je odkrył. Na pewno jednak je rozsławił, a popularyzacja też jest rzeczą bardzo ważną. Choćby po to, żeby poprawić finansowanie nauki. W latach 80. ubiegłego wieku fraktale stały się nagle bardzo znane. Dzięki Mandelbrotowi właśnie. Oraz dzięki komputerom, bo komputery pomogły je rysować.

Czy komputery pomogły tylko rozsławić fraktale czy również ułatwiły prace badawcze nad nimi?

Zdecydowanie ułatwiły prace badawcze. Rysunki wykonane przez komputery pomagają dostrzec pewne zależności, sformułować hipotezy. Tak jest nie tylko w badaniach nad fraktalami. Przed epoką komputerów fraktale były znane matematykom, ale były tworami wyłącznie abstrakcyjnymi. Nagle nabrały realnych kształtów. Okazało się, że to są kształty bardzo naturalne. Podobne występują w przyrodzie. Drzewo na przykład zbudowane jest jak fraktal, kolejne jego coraz mniejsze części przypominają całość. Podobnie jest z morską linią brzegową. Jeśli zrobimy zbliżenie, to to, co z daleka wydawało się nam regularną krzywą, nabierze poszarpanych kształtów, tak jak we  fraktalach: im bardziej się zbliżamy, tym więcej widzimy szczegółów.

Myśli pan, że to przyroda stosuje się do wytycznych geometrii czy raczej matematyka uchwyciła kształty, jakie przybiera przyroda?

Matematyka ma swój oddzielny, abstrakcyjny obszar badań, ale czasem udaje się jej uchwycić formy, które widzimy w przyrodzie, zbliża się do nich. Tak jest w wypadku fraktali. Zresztą ten naturalny, organiczny wygląd fraktali można wykorzystać np. w symulatorach lotu. Zamiast kodować w pamięci komputera mnóstwo zdjęć terenu, można zapisać to samo z pewną dokładnością za pomocą fraktali. Aby zakodować wygląd liścia paproci za pomocą fraktala, potrzeba 28 liczb. W przypadku krajobrazu będzie tych liczb więcej, ale wciąż zajmą one znacznie mniej pamięci, niż gdybyśmy chcieli wczytywać do pamięci komputera zdjęcia.

Czy fraktale to główna dziedzina pańskich zainteresowań?

Nie. Bardzo lubię fraktale, ale zajmuję się w zasadzie innymi zagadnieniami. Jest to dział matematyki zwany układami dynamicznymi.

Czyli?

Dla wielu zjawisk badanych przez różne nauki – fizykę, biologię, medycynę, ekonomię i wiele innych – można skonstruować modele matematyczne, które opisują, jak te zjawiska się zmieniają w czasie. Prosty przykład: proszę sobie wyobrazić, że w pewnym roju jest jakaś liczba owadów. Pytanie brzmi: ile ich będzie za rok? Jeśli jest ich tyle, żeby dla wszystkich wystarczyło pożywienia, będzie ich zapewne więcej. Jeśli jest ich za dużo, zaczną wymierać i będzie ich mniej. Ludzie doszli do wniosku, że ta krzywa uzyskanej po roku liczebności roju przypomina trochę stromy pagórek.

Matematycy od razu dostrzegli, że jest podobna do paraboli, i zaczęli się zastanawiać: skoro tak, to może można przewidzieć, ile owadów będzie nie tylko za rok, ale i za dwa lata, trzy, cztery. To się nazywa iteracja, powtarzamy to samo działanie wielokrotnie.

I okazało się, że modele są interesujące nie tylko wtedy, gdy badamy owady, ale są interesujące same w sobie, przynajmniej dla matematyków. Ja i moi koledzy staramy się na przykład badać, czy dany model jest chaotyczny czy okresowy.

Komputer może tu pomóc?

Komputer może pomóc dostrzec okres, pewną powtarzalność w czasie, ale to jeszcze nie jest dowód na okresowość. My musimy przeprowadzić ścisły dowód, krok po kroku.

Czyli nawet gdy komputer pokaże okresowość czarno na białym, to nie wystarcza?

To wystarcza, ale tylko jako zachęta do rozpoczęcia próby dowodu. Ale do dowodu jeszcze droga daleka. Podam panu przykład z zakresu teorii liczb, jest to tak zwany problem Collatza. Niech pan weźmie jakąś liczbę całkowitą dodatnią. Jeśli jest parzysta, podzieli ją przez dwa, a jeśli nieparzysta, pomnoży przez trzy i doda jeden. Z tą liczbą, którą pan otrzyma, niech pan zrobi to samo, i tak dalej. Otóż wydaje się, że od jakiejkolwiek liczby by zacząć, zawsze na końcu dostaniemy okresowo powtarzające się te same trzy liczby: 4,2,1,4,2,1,4,2,1. I tak dalej.

I gdzie tu problem?

Problem w tym, że nikt nigdy nie udowodnił, że tak jest zawsze. Nikt też nie udowodnił, że nie jest tak zawsze. Komputery mogą liczyć i zawsze dochodzą do 4,2,1 na końcu. Ale niezależnie od tego, ile zbierzemy przykładów, i tak nie będzie to matematycznym dowodem.

Ale dlaczego mielibyśmy czegoś takiego dowodzić?

Dlaczego? Jest jeden główny powód – ciekawość. To jest siła, która napędza matematykę. Najwybitniejsze umysły matematyczne trwoniły długie dni, próbując się zmierzyć z problemem Collatza. Nie tylko z tym zresztą. Kiedy matematyk zaczyna myśleć o jakimś problemie, to robi to w każdym miejscu i czasie. Na wycieczce, w łazience, przy obiedzie. Zająć się którymś ze starych otwartych problemów jest bardzo kuszące, ale człowiek ryzykuje, że do końca życia będzie myślał i nic nie wymyśli. Wtedy trzeba podjąć decyzję, albo łamiemy sobie dalej głowę z nikłą szansą powodzenia, albo zajmujemy się czymś innym, prostszym.

Zdarzało się panu odstąpić od jakiegoś problemu, nie rozwiązawszy go?

Wiele razy. Ale zdarzało mi się też rozwiązać problem, który był problemem otwartym od kilkudziesięciu lat. Była również taka sytuacja, że przeprowadziłem dowód, a potem okazało się, że wiele lat wcześniej już ktoś to twierdzenie udowodnił.

To musi być przykre.

Trochę, ale bez przesady. Mój dowód był prostszy, a więc lepszy.

Dlaczego prostszy dowód jest lepszy?

Po pierwsze dlatego, że jest mniej miejsc, w których może ukryć się błąd. A drugi powód jest taki, że im prostszy, bardziej przejrzysty dowód, tym większa szansa, że inni go zrozumieją. Więc opracowawszy krótszy dowód już udowodnionego twierdzenia, i tak jestem zadowolony.

Czy w środowisku matematyków wiele jest zawiści i kłótni o wartość cudzych dokonań?

Jesteśmy tylko ludźmi, więc niesnaski się zdarzają. Ale ogólnie rzecz biorąc, wśród matematyków mniej jest walki o sławę i uznanie niż w innych naukowych specjalnościach. Jeżeli spojrzy pan na prace z dziedziny nauk przyrodniczych, to już w samym spisie autorów widać hierarchię, są autorzy ważniejsi i mniej ważni. Nie mówiąc już o tym, że często za głównego autora uchodzi ktoś, kto po prostu jest kierownikiem laboratorium, a do rozwiązania  problemu się nie przyłożył. W matematyce tak nie jest. U nas każdy autor jest traktowany równorzędnie. I jeśli ktoś nas pyta, jaki jest wkład tego lub innego autora w odkrycie, to mamy na to gotową odpowiedź: jeden podzielić przez liczbę autorów. Ale może nie wynika to ze szlachetności, ale po prostu odpowiada rzeczywistości. Jeżeli pierwszy z autorów wykonał całą niemal dowodową robotę, a drugi podsunął tylko jeden pomysł, ale jest to pomysł dla tej pracy centralny, to i tak ich zasługi są równe. Bez tego pomysłu nie byłoby dowodu.

Czy matematycy często razem publikują prace?

Tak. Są tacy, którzy potrafią pracować tylko sami, ale ja oraz wielu innych moich kolegów lubimy rozwiązywać problemy wspólnie z kimś. Kiedyś było to kłopotliwe, bo polegało na wymianie korespondencji listowej. Dziś, w dobie internetu, jest prościej. Matematycy nie byliby zresztą sobą, gdyby zjawiska wspólnego pisania prac nie opracowali matematycznie, jest na ten temat wiele artykułów. Najlepszym ujęciem tej kwestii jest liczba Erdősa.

Cóż to takiego?

Paul Erdős był to węgierski matematyk, znany ze swego genialnego umysłu, ale też z zupełnego nieprzystosowania do życia. Był wyjątkowo twórczy, bardzo chętnie współpracował z innymi naukowcami i jest spośród wszystkich matematyków autorem największej liczby artykułów. Zresztą pisywał wspólne prace nie tylko z matematykami. A liczba Erdősa to odległość pomiędzy danym naukowcem a Erdősem. Jeżeli ktoś napisał z Erdősem wspólną pracę, jego liczba to jeden. Jeżeli napisał pracę z kimś, kto publikował z Erdősem, jego liczba wynosi dwa. I tak dalej. Im niższa liczba, tym bliżej Erdősa. I jeśli ktoś nie publikuje prawie wcale prac z innymi, to nie ma szans na niską liczbę. Ale jeśli pisze dużo wspólnych prac, to często okazuje się, że jego liczba Erdősa jest zaskakująco niska.

A pan jaką ma liczbę Erdősa?

Dwa. I jestem z tego zadowolony.

Ale to przecież trochę taki żart.

Tak, wiem. Ale dla matematyka to i tak powód do zadowolenia.

—rozmawiał Łukasz Kaniewski

Michał Misiurewicz, matematyk, absolwent Uniwersytetu Warszawskiego. W 1992 roku przeniósł się do USA, by rozpocząć pracę na Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI), gdzie pracuje do dziś. Jego główne zainteresowania to układy dynamiczne oraz geometria fraktalna. Jest członkiem Amerykańskiego Towarzystwa Matematycznego

PLUS MINUS

Prenumerata sobotniego wydania „Rzeczpospolitej”:

prenumerata.rp.pl/plusminus

tel. 800 12 01 95

Rz: Czym są odkryte przez pana punkty Misiurewicza?

Odkryte przeze mnie? To za mocno powiedziane, raczej nazwane moim nazwiskiem. Tak zwane prawo Stiglera głosi, że żadne odkrycie naukowe nie nosi nazwiska swego oryginalnego odkrywcy.

Pozostało 98% artykułu
2 / 3
artykułów
Czytaj dalej. Subskrybuj
Plus Minus
Prawdziwa natura bestii
Materiał Promocyjny
Wykup samochodu z leasingu – co warto wiedzieć?
Plus Minus
Śmieszny smutek trzydziestolatków
Plus Minus
O.J. Simpson, stworzony dla Ameryki
Plus Minus
Jan Maciejewski: Granica milczenia
Materiał Promocyjny
Jak kupić oszczędnościowe obligacje skarbowe? Sposobów jest kilka
Plus Minus
Upadek kraju cedrów