Динамическая симметрия в природе и архитектуре

Введение.

Мысль о том, что в физическом мире властвуют гармония и порядок, которые могут быть выражены математически, уходит в античную Грецию. В Европе в эпоху Ренессанса Галилей говорил, что книга вселенной написана на языке математики. Ученые, жившие после него, также выражали изумление перед тем, что все законы вселенной поддавались переложению на математический язык.

Осознавая эту “всеприложимость” математики, неведомую химической и биологической науке, великий физик Джеймс Джонс сказал: “Зодчий вселенной должен был быть математиком”. Известно, что теория относительности Эйнштейна - не просто результат размышлений; она была выдвинута после определенных математических разработок.

Имея в виду ту доходчивость, которую обретают физические законы в переложении на язык математики, Эйнштейн говорил: “Единственное непостижимое качество вселенной - это ее постижимость”.

И как не изумляться даже перед простейшим примером - выражением силы взаимного притяжения тел в виде математической формулы:

F = Y-mi-1712/ r

В этой формуле неизменная величина постоянной “Y” во всех случаях - от силы притяжения между электронами и протонами в атоме до взаимопритяжения звезд, от нашей планеты до миров, отдаленных от нас на миллиарды световых лет, демонстрирует удивительную простоту, то есть феноменальность формулы и ее непреходящую ценность, как некой универсальной валюты.

Чрезвычайно эффективные и неожиданные результаты приложения математики к другим отраслям науки все еще представляются нам тайной. Некоторые ученые связывают это с ориентацией других наук на развитие математических знаний.

Динамическая симметрия в природе и архитектуре

Термин «динамическая симметрия» впервые применил американский исследователь архитектуры Д. Хэмбидж, обозначив им некий принцип пропорционирования в архитектуре. Позже этот термин независимо появился в физике, где был введён для описания физических процессов, характеризующихся инвариантами. Наконец, термином динамическая симметрия названа закономерность природного формообразования, что в смысле происхождения также оказывается несвязанным с идеей Хэмбиджа и, тем более, появлением этого термина в физике. Однако все три варианта глубоко связаны между собой по содержанию.

Вначале отметим стратегическую общность нашего с Хэмбиджем направления исследований. Это хорошо известное исторически сложившееся направление, которое в области архитектуры и искусства мотивировано поиском закономерностей гармонии, и поэтому ориентированное на изучение объектов природы. Обычно архитекторов интересуют структурные закономерности природного формообразования и особенно — золотое сечение и числа Фибоначчи

- закономерности, примечательные своей интригующей ролью в архитектурном формообразовании. Не случайно архитекторы-исследователи так часто обращают внимание на ботаническое явление филллотаксис, которое характерно этими закономерностями.

Филлотаксис оказался объектом внимания автора первого варианта концепции динамической симметрии Д. Хэмбиджа. В результате изучения этого явления Д. Хэмбидж выводит закон т. н. однообразного роста, и предлагает его геометрическую интерпретацию — спираль однообразного роста, или иначе

- золотую спираль (рис. 1).

Рис 1. Построение золотой спирали по Хэмбиджу.

Однако главное обобщение, сделанное Д. Хэмбиджем в результате изучения закономерностей природного формообразования (филлотаксиса), а также пропорций классической архитектуры, сводится к идее архитектурного пропорцирования, называемой динамической симметрией. Хэмбидж иллюстрирует ее при помощи несложной геометричекой схемы (рис. 2).

Рис 2. Пропорциональная система «Динамическая симметрия » Д. Хэмбиджа.

Это последовательная система прямоугольников, первый из которых является квадратом, а каждый следующий строится на стороне исходного квадрата, равной 7, и на диагонали предыдущего прямоугольника. Получается серия прямоугольников, отношение сторон которых выражает ряд . В этой серии Хэмбидж различает два вида прямоугольников - статические и динамические. У статических прямоугольников отношения сторон выражаются целыми числами, у динамических — иррациональными. Динамические прямоугольники, по мнению Д. Хэмбиджа, выражают идею роста, движения и развития. Из их числа он прежде всего выделяет три, у которых длинные стороны равны Но особое значение придаёт прямоугольнику который непосредственно связан с «золотым прямоугольником» Хэмбидж проводит тщательное геометрическое исследование, обнаруживая разнообразные проявления золотого сечения в системе прямоугольника  Исследуя геометричекие свойства этого прямоугольника, он показывает возможность его применения для анализа пропорций объектов классической архитектуры и искусства (рис. 3, 4).

Такова, вкратце, сущность идеи динамической симметрии Д. Хэмбиджа. Как видим, она не вытекает из свойств филлотаксиса непосредственно. Хэмбидж, вообще говоря, не углубляется в математику филлотаксиса. В своих различных схемах, иллюстрирующих закономерности однообразного роста, либо какие-то идеи пропорционирования, он использует известные числовые соотношения, характерные для филлотаксиса, в т. ч. золотое сечение.