फ्रैक्टल

फ्रक्टल(fractal) एक "विषम या खंडितज्यामितीय आकारहै जिसे हिस्से में विभाजित किया जा सकता है, जिनमें से प्रत्येक (कम से कम लगभग) संपूर्ण की लघु-आकार प्रतिलिपि है,"एक गुण जोस्व-समानताकहलाता है। भग्न के गणितीय सख्त उपचार की जड़ेंकार्ल वेइर्स्ट्रास,जार्ज कैंटरऔरफ़ेलिक्स हौसड्राफ़द्वारा किए गए प्रकार्यों के अध्ययन में खोजी जा सकती हैं, जिन्होंने ऐसे प्रकार्यों का अध्ययन किया जोविश्लेषणात्मकथे, परविभेदकनहीं; तथापि, 1975 में भग्न के लिए अंग्रेज़ी शब्दfractalबेनोइट मेंडेलब्रॉटने गढ़ा और यहलैटिनकेfractusसे व्युत्पन्न है, जिसका तात्पर्य है "टूटा हुआ" या "खंडित". एक गणितीय भग्न एक ऐसेसमीकरणपर आधारित है जोपुनरावृत्तिसे गुज़रता है, जोप्रत्यावर्तनपर आधारित एक प्रकार काप्रतिसूचनाप्रारूप है।
एक भग्न में अक्सर निम्नलिखित सुविधाएं होती हैं:
क्योंकि वे आवर्धन के सभी स्तरों पर समान दिखाई देते हैं, भग्नों को अक्सर (अनौपचारिक संदर्भ में) अत्यधिक जटिल माना जाता है। प्राकृतिक वस्तुएं, जोकि एक अंश तक भग्नों के अनुरूप हैं, में शामिल हैं बादल, पर्वत श्रृंखला, वज्रपात, तट-रेखाएं, हिमलव, विभिन्न सब्जियां (फूलगोभी और ब्रोकोली) और जानवर के रंगाई पैटर्न. बहरहाल, सभी स्व-समान वस्तुएं भग्न नहीं हैं—उदाहरण के लिए,वास्तविक रेखा(एक सीधीयूक्लिडियनरेखा) औपचारिक रूप से स्व-समान है लेकिन इसमें अन्य भग्न विशेषताएं मौजूद नहीं; जैसे कि यह पर्याप्त रूप से नियमित है कि इसे यूक्लिडियन शब्दों में वर्णित किया जा सकता है।
भग्न की छवियांभग्न-व्युत्पादक सॉफ्टवेयरके उपयोग द्वारा तैयार की जा सकती हैं। इस तरह के सॉफ्टवेयर द्वारा उत्पादित छवियों को सामान्य रूप से भग्न कह कर संदर्भित किया जाता है, भले ही उनमें उपरोक्त विशेषताएं नहीं हों, जैसे कि जब भग्न के एक क्षेत्र में ज़ूम करना संभव हो तो वह भग्न की किसी भी विशेषता को प्रदर्शित नहीं करता है। इसके अलावा, इनमें गणना या प्रदर्शकमानव-निर्मित वस्तुएंशामिल हो सकती हैं जोकि असली भग्न की विशेषता नहीं है।
17वीं सदी में भग्न के पीछेगणितने आकार लेना शुरू किया जब गणितज्ञ और दार्शनिकगॉटफ़्राइड लेइबनिज़नेपुनरावर्तीस्व-समानता पर विचार किया (हालांकि उन्होंने यह सोचने की ग़लती की कि इस अर्थ में केवल सीधी रेखा स्व-समान है).
1872 में जाकर एक फलनक प्रकट हुआ, जिसकेग्राफ़को आज भग्न माना जाता है, जबकार्ल वेइअरस्ट्रैसने हर जगहसततलेकिनकहीं भी जो विभेदक ना होऐसे असहजगुण सहित एक फलनक काउदाहरणदिया. 1904 में,हेल्ज वॉन कोचने वेइअरस्ट्रैस की निरपेक्ष और विश्लेषणात्मक परिभाषा से असंतुष्ट होकर, इसी प्रकार के फलनक के लिए अधिक ज्यामितीय परिभाषा दी, जो आजकोच वक्रकहलाता है। (दाईं ओर छवि में तीन कोच वक्र साथ डाले गए हैं जो सामान्यतःकोच हिमलवकहलाने वाले स्वरूप की रचना करता है।)वाकलॉ सिएरपिन्स्कीने 1915 मेंत्रिकोणऔर एक वर्ष बाद, अपनेकार्पेटकी रचना की. मूलतः इन ज्यामितीय भग्नों को उनके आधुनिक निर्माणों में विख्यात 2D आकारों के बजाय वक्र के रूप में वर्णित किया गया था। स्व-समान वक्रों की कल्पना कोपॉल पिएरे लेवीने, जिन्होंने अपने 1938 के लेखप्लेन ऑर स्पेस कर्व्स एंड सर्फ़ेसस कन्सिस्टिंग ऑफ़ पार्ट्स सिमिलर टू द होलमें नए भग्न वक्र को वर्णित किया, जोलेवी C वक्रकहलाता है।जार्ज कैन्टरने असामान्य गुणों के साथ वास्तविक रेखा केउप-समुच्चयोंके उदाहरण भी दिए—इनकैन्टर समुच्चयोंको भी अब भग्न के रूप में मान्यता मिली है।
19वीं सदी के उत्तरार्द्ध और 20वीं सदी के प्रारंभ मेंहेनरी पोइनकेयर,फ़ेलिक्स क्लीन,पिएरे फ़टाउऔरगैस्टन जूलियाद्वाराजटिल समतलमें पुनरावर्ती फलनकों की जांच की गई। आधुनिक कंप्यूटर ग्राफिक्स की सहायता के बिना, तथापि, उनके द्वारा खोजी गई कई वस्तुओं के सौंदर्य की कल्पना करने के साधनों की उनके पास कमी थी।
1960 के दशक में,बेनोइट मैंडेलब्रॉटनेहाऊ लॉन्ग इज़ द कोस्ट ऑफ़ ब्रिटेन?जैसे काग़ज़ातों में स्व-समानता की छानबीन शुरू कर दी.स्टैटिस्टिकल सेल्फ़-सिमिलैरिटी एंड फ़्रैक्शनल डाइमेशन, जोल्युइस फ़्राइ रिचर्डसनके पिछले कार्य पर बना था। अंत में, 1975 में मैंडलब्रॉट ने एक ऐसी वस्तु को निरूपित करने के लिए, जिसकाहौसडॉर्फ़-बेसिकोविच आयामउसकेसांस्थितिक आयामसे अधिक है, "फ़्रैक्टल" शब्द गढ़ा. उन्होंने इस गणितीय परिभाषा को असाधारण कंप्यूटर-निर्मित कल्पना सहित सोदाहरण वर्णित किया। इन छवियों ने लोकप्रिय कल्पना को ग्रहण किया; जिनमें से कई प्रत्यावर्तन पर आधारित थे, जो "फ़्रैक्टल" शब्द के प्रचलित तात्पर्य को स्पष्ट करता है।
कैंटर सेटद्वारा एक उदाहरण वर्ग यथासायरपिन्स्की त्रिकोणऔरकार्पेट,मंजर स्पॉन्ज,ड्रैगन वक्र,स्थान-पूर्ति वक्रऔरकोच वक्रदिया गया है। भग्न के अतिरिक्त उदाहरणों में शामिल हैंलाइअपुनोव भग्नऔरक्लीनियन समूहोंके सीमित सेट. भग्ननिर्धारक(उपर्युक्त सभी) याप्रसंभात्य(अर्थात् अनिर्धारक) हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, समतल मेंब्राउनियन गतिके समछेदी में 2 का हौसड्रॉर्फ़ आयाम मौजूद होता है।
भग्न के साथ कभी-कभीअव्यवस्थित गतिशील प्रणालियांजुड़ी होती हैं।गतिशील प्रणालीकेप्रावस्था कालमें वस्तुएं भग्न हो सकती हैं (देखेंअट्रैक्टर). प्रणालियों के वर्ग हेतुप्राचल कालमें भी वस्तुएं भग्न हो सकती हैं। एक दिलचस्प उदाहरण हैमैंडेलब्रॉट सेट. इस सेट में शामिल हैं पूरे डिस्क, अतः इसके 2 के सांस्थितिक आयाम के बराबर हौसडॉर्फ़ आयाम होता है-पर वास्तव में अंचभे में डालने वाली बात यह है कि मैंडेलब्रॉट सेट कीसीमामें भी 2 का हौसडॉर्फ़ आयाम (जब कि 1 का सांस्थितिक आयाम) मौजूद है, जो परिणाम 1991 मेंमित्सुहिरो शिशिकुराने साबित किया। एक निकट से संबंधित भग्न हैजूलिया सेट.
भग्न सृजित करने के चार आम तकनीक हैं:
भग्नों को उनके स्व-समानता के अनुसार भी वर्गीकृत किया जा सकता है। भग्नों में तीन प्रकार की समानताएं पाई गई हैं:
किसी वस्तु को भग्न कहने के लिए स्व-समानता की मौजूदगी ही एकमात्र कसौटी नहीं है। स्व-समान वस्तुओं के उदाहरणों में, जो भग्न नहीं हैं, लॉगरिदमिक सर्पिल और सीधी रेखाएं शामिल हैं, जिनके आवर्धक छोटे पैमानों पर अपनी ही प्रतिलिपियां मौजूद होती हैं। ये योग्य नहीं है, चूंकि इनमें सांस्थितिक आयाम के समान वहीहौसडॉर्फ़ आयाममौजूद है।
प्रकृति में सन्निकट भग्न आसानी से पाए जाते हैं। ये वस्तुएं एक विस्तृत, पर सीमित, पैमाने की सीमा में स्व-समरूप संरचना प्रदर्शित करती हैं। उदाहरणों में शामिल है बादल,हिमलव,क्रिस्टल,पर्वत श्रृंखला,बिजली,नदियों के जाल,फूलगोभीयाब्रोकोलीऔररक्त वाहिकाएंतथाफुफ्फुसीय वाहिकाओंकी प्रणालियां.तटीयरेखाओंको मोटे तौर पर स्वरूप से भग्न माना जा सकता है।
वृक्षों और फर्नों का स्वरूप भग्न होता है औरपुनरावर्तीएल्गोरिदमके उपयोग द्वारा कंप्यूटर पर प्रतिरूप बनाया जा सकता है। यह पुनरावर्ती प्रकृति इन उदाहरणों में स्पष्ट झलकती है— एक वृक्ष की शाखा या फ़र्न काप्रपर्णसंपूर्ण की लघु प्रतिकृति है: एक या एक शाखा से एक पेड़ है स्पष्ट में इन उदाहरणों एक से समान प्रतिकृति की एक पूरी लघु है: समान नहीं, लेकिन समरूप स्वरूप की. भग्न और पत्तियों के बीच संबंध का वर्तमान में यह निर्धारित करने के लिए उपयोग किया जा रहा कि वृक्षों में कितना कार्बन निहित है।
1999 में, कुछ स्व समान भग्न आकारों में "फ़्रीक्वेन्सी निश्चरता" का गुण पाया गया—मैक्सवेल समीकरणोंसे—चाहे फ़्रीक्वेन्सी कोई भी हो, वही एकसमान विद्युतचुंबकीय गुण (देखेंभग्न एंटेना.
भग्न पैटर्न अमेरिकी कलाकारजैक्सन पोलॉकअमेरिकी के चित्रों में पाए गए हैं। जबकि पोलॉक के चित्र अव्यवस्थित टपकन और छिड़काव से रचित प्रतीत होते हैं, कंप्यूटर विश्लेषणों ने उनके काम में भग्न पैटर्न पाया है।
डीकैल्कोमैनिया,मैक्स अर्नस्टजैसे कलाकारों द्वारा प्रयुक्त एक तकनीक, भग्न जैसे पैटर्न तैयार कर सकता है।इसमें दो सतहों के बीच में रंग को दबाना और उन्हें खींच कर अलग करना शामिल है।
भग्नअफ़्रीकी कलाऔर वास्तुकला में भी प्रचलित है। गोलाकार घर घेरों के घेरों में, आयताकार घर आयतों के आयतों में और इसी तरह अन्य, प्रतीत होते हैं। इस तरह के स्केलिंग पैटर्न अफ़्रीकी वस्त्र, मूर्तिकला और कॉर्नरो केशविन्यास में भी पाए गए हैं।
1996 के एक साक्षात्कारडेविड फॉस्टर वालेसने स्वीकार किया कि उनकीइनफ़िनिट जेस्टउपन्यास की संरचना भग्नों से प्रेरित थी, विशेष रूप सेसायरपिंस्की त्रिकोणसे.
कलाकारफ़ोर टेटद्वारापॉज़ (एल्बम)से गीत "हिलेरियस मूवी ऑफ़ द नाइनटीज़" में भग्नों का उपयोग किया गया है।
जैसा कि ऊपर वर्णित है, वास्तविक दुनिया के अनेक काफ़ी अनियमित वस्तुओं को वर्णित करने के लिए यादृच्छिक भग्नों का इस्तेमाल किया जा सकता है। भग्नों के अन्य अनुप्रयोगों में शामिल हैं:
डाइटमर सॉप, सं.द साइन्स ऑफ़ फ़्रैक्टल इमेजस. न्यूयॉर्क: स्प्रिंगर-वेरलाग, 1988.ISBN 0-387-96608-0