«Секреты золотого сечения»

ГРАНИ БУДУЩЕГО

АЛЕКСАНДР СОКОЛОВ,

кандидат технических наук, профессор

Секреты золотого сечения

Одним из сокровищ геометрии назвал великий Кеплер золотое сечение. Смысл этого замечательного отношения величин, этой пропорции, "вписанной" в сотни архитектурных ансамблей древности, удивительно прост. Стоит только разделить любой отрезок на две части, чтобы длина его относилась к большей части так, как сама большая часть относится к меньшей, цель окажется достигнутой. Обе части при этом пропорциональны двум числам: 1 и 1,618.

Еще в 1509 году венецианец Лука Пачиоли опубликовал книгу "Божественная пропорция". Его друг Леонардо да Винчи предпочитал пользоваться другим названием. Оно осталось до сих пор: золотое сечение...

Каждое столетие приносило новые и новые подтверждения универсальности геометрического секрета древних. Парфенон и статуи Фидия, греческие вазы, этрусская керамика, древние египетские храмы, оружие и утварь, найденные в гробнице Тутанхамона, да и сами египетские пирамиды - все это результат практического применения зодчими и художниками, безвестными мастерами минувших времен простого и удивительного отношения - золотой пропорции.

Дюрер подметил ее в соразмерности человеческого тела.

С ней хорошо знаком был скрипичный мастер Страдивариус (не этим ли объясняются некоторые качества созданных им инструментов?).

Объяснения магических на первый взгляд свойств золотого сечения, которое как бы олицетворяет собой самые совершенные, самые гармонические формы искусства, длительное время базировались на "объединении совершенного разума и абсолютной красоты", "божественном единстве и святом триединстве" и т. д. И только в прошлом столетии были сделаны первые попытки научного исследования этой геометрической загадки.

Известно, что золотое сечение вызывает впечатление красоты, приятности, согласованности, соразмерности, гармоничности, привлекательности. Психологи нашли вскоре, что оно создает также ощущение полноты, законченности, спокойствия, уравновешенности.

В конце прошлого века немецкий психолог Фехнер впервые пытался количественно оценить психофизиологическую реакцию на золотое сечение. Он предъявлял 10 различных прямоугольников с отношениями сторон от 1 до 2,5 и просил каждого из 592 человек (испытуемых) "выбрать те, которые наиболее их удовлетворяют". Максимальное число людей предпочло прямоугольники с отношением сторон, близким или равным 1,62. Распределение оценок было близко к статистической кривой Гаусса. Различия между реакциями мужчин и женщин были незначительными.

Менее известна другая работа Фехнера, посвященная изучению отношения сторон картин художников в крупнейших музеях Европы. Ученый нашел, что художники зачастую предпочитают не прославленную пропорцию, а другие отношения величин. Это кажется непонятным, потому что именно люди искусства обладают и большей чувствительностью, и большей восприимчивостью. Факт остался без объяснения.

У каждого, кто познакомился с историей золотого сечения, возникает естественный вопрос: почему жрецы Древнего Египта, архитекторы, скульпторы античной Греции, времен Возрождения и наши современники предпочитают именно это отношение?

Люди античного мира - драматурги Аристофан и Софокл, поэт Виргилий, скульптор Фидий и другие - создали произведения, которые по силе воздействия и красоте не уступают лучшим произведениям нашего времени. Это доказывает, что способности человеческого мозга не изменились за тысячи лет. Не в особенностях ли мозга следует искать разгадку "знаменитого сечения"?

Не менее интересен и другой вопрос: почему художники в ряде случаев сознательно избегают его?

Алгоритмы мозга Если вы не ожидаете найти нечто неожиданное, то вы его не найдете, потому что это будет для вас непосильно.

Гераклит Человек может поступать целесообразно, может обучаться только при закреплении в его мозгу определенных алгоритмов, правил.

Возникает задача: как обнаружить сами эти алгоритмы?

Мозг представляет собою самонастраивающуюся логическую систему, которая формулирует цели и намечает пути их достижения, оптимизируя структуру связей нейронных сетей. Нейроны взаимодействуют с помощью электрических сигналов. Оптимизированные конфигурации нейронных сетей представляют собой колебательные электрические цепи.

Разным состояниям мозга соответствуют колебания с разными частотами. В каждой системе управления можно выделить основные, самые общие принципы действия. Их число обычно невелико. Мозг не исключение. Основным состояниям мозга соответствуют определенные структуры его нейронных цепей со своими собственными частотами электрических колебаний.

Электрические колебания в мозгу животных открыл в 1875 году английский врач Р. Кэтон, а в мозгу человека в 1925-1929 годах - немецкий психиатр Г. Бергер. В течение последнего столетия опубликовано около 10 тысяч статей и множество монографий, посвященных исследованию электрической активности мозга. Эксперименты физиологов показали, что в зрелом мозгу здорового человека при различных его состояниях преобладают определенные частотные диапазоны электрических колебаний.

Наиболее точные измерения крайних, граничных частот этих диапазонов были выполнены советским ученым П. Гуляевым. У каждой из "мозговых волн", обозначаемой греческой буквой, свой диапазон частот, то есть каждому состоянию соответствуют "свои" волны. Было обнаружено, что с повышением частоты активация мозга увеличивается. Все это стало ясно при изучении электроэнцефалограмм.

У ребенка тэта-волна вырабатывается уже в пятилетнем возрасте, раньше остальных типов волн. У взрослых эту волну в лабораториях можно возбудить разными способами.

Английский физиолог Г. Уолтер нашел эффективный и гуманный метод. Он испытывал молодого француза-стажера, которому обаятельная девушка слегка поглаживала волосы.

Когда по условному знаку девушка переставала касаться ладонью головы юноши, у того сразу возникал четкий тэтаритм.

Волна альфа - наиболее частый наш спутник. Участки мозга не могут работать непрерывно, и хотя бы короткие состояния покоя просто необходимы. Есть основания полагать, что отдых и соответствующий ему альфа-ритм мозга это не отрешение от действительности, а скорее готовность к действию. При доминировании волн тэта или альфа мозг находится в состояниях, наиболее важных для выживания.

Исследования физиологов показали, что амплитуды и частоты электрических колебаний мозга почти непрерывно меняются в процессе жизнедеятельности. При этом подметить количественные закономерности трудно. На помощь приходят вычислительные машины.

Советский исследователь А. Клочков получил таким образом графики активности мозга как функции от частоты; на них просматривались четкие максимумы, всплески. Ю. Дубикайтес экспериментально установил, что мозг в чем-то подобен электрической цепи из активного сопротивления, соединенного параллельно с конденсатором. Но мозг еще генерирует электрические колебания, значит, он аналогичен электронному генератору типа сопротивление - емкость. Такие генераторы хорошо известны радиоинженерам. Частота колебаний генератора равна средней геометрической частоте собственных частот двух цепочек сопротивление - емкость (для генерации нужны, как минимум, две цепочки). Такие две цепочки и могут служить моделью для изучения электрической активности мозга: каждая цепочка определяет одну из крайних, граничных частот диапазона данной волны мозга.

Спектрограммы Клочкова экспериментально подтвердили, что пики спектральной мощности, всплески чаще всего появляются именно на таких частотах. Например, в состоянии покоя у большинства людей наблюдается четкий максимум на частоте десять герц. А ведь десять герц - это как раз и есть среднее геометрическое крайних частот альфа-волн - восемь и тринадцать герц, то есть десять примерно равно корню квадратному из произведения чисел восемь и тринадцать.

Средняя геометрическая частота делит диапазон частот любой волны Moard на высокочастотную и относительную низкочастотную области (полосы).

Отношение этих полос друг к другу есть постоянная величина (инвариант) для данной волны; оно зависит только от соотношения крайних частот этой волны.

Человек поднялся над животным миром благодаря осмысленному труду, умственной работе. При этом состоянии мозга доминирует бета-волна, которую поэтому нужно считать главной составной частью единой системы всех электрических волн мозга. Средняя геометрическая частота для нее составляет 22,13 герца, а две полосы равны 8,13 герца и 12,87 герца. Общий же диапазон, то есть разность крайних частот, составляет 21 герц.

И отношения этих величин друг к другу приводят нас к удивительному результату - к золотому сечению: 21 12,87 12,37 = 8,13 s 1,618.

Информационный резонанс и золотое сечение

Страдает душа, если равных себе не находит.

X а ф и з

В физике резонансом называют увеличение амплитуды колебаний объекта, когда его собственная частота колебний совпадает с частотой внешнего воздействия.

Существуют более общие и сложные виды резонанса. Так, взаимопонимание можно рассматривать как проявление информационного резонанса, при котором большая часть элементов сообщения, передаваемого одним человеком, уже содержится в памяти другого, которому адресовано сообщение.

Человек понимает собеседника, если оба говорят на том языке, которым владеют. Специалисты понимают друг друга, только если у них одинаковый уровень подготовки. Такой подход можно представить формулой: "взаимопонимание возможно при близких уровнях развития".

...Как воспринять информацию или, скажем, оценить форму рассматриваемого предмета? Человек напрягает при этом внимание, то есть выполняет умственную работу, и в его мозгу преобладает волна бета. Если форма воспринимаемого предмета "содержит" золотое сечение, то мозг оказывается при этом "настроенным" на него. Ведь золотое сечение не что иное, как отношение полос частот при бета-ритме. Вот оно, проявление информационного резонанса!

Волны мозга развиваются постепенно, по мере созревания мозга. Взрослые люди явно предпочитают золотое сечение.

Повторение опыта Фехнера с детьми восьми лет показало, что они не отдают предпочтения какой-либо определенной форме прямоугольника: в их мозгу еще не выработался информационный резонанс, не усвоены традиции среды.

Описанное выше математическое объяснение тайны золотого сечения требует дополнительного анализа. Появление пиков активности электрических колебаний мозга на средних геометрических частотах всех других волн есть не что иное, как резонанс на этих частотах. Почему же состояния мозга, при которых доминируют другие волны, не сопровождаются чувством приятного?

Для ответа на этот нелегкий вопрос необходимо исследовать алгоритмы всех остальных волн и затем сравнить их с алгоритмом волны бета, то есть, иными словами, с алгоритмом золотого сечения.

Существуют ли неизвестные волны мозга?

Природа не использует избыточных сущностей.

О к к ам

Каждая часть любой системы обладает некоторыми свойствами ее главной части и также обязательно имеет и индивидуальные отличия от всех остальных частей. Это справедливо и для системы алгоритмов мозга. Инзариант главной волны бета равен 1,618. Инварианты других известных волн можно вычислить из значений их граничных частот и из системного обобщения уравнений золотого сечения.

Отсюда для волн дельта, бета, альфа, гамма находим их инварианты: 1,221, 1,324, 1,272, 1,272. Алгоритмы волн альфа и гамма оказались одинаковыми, как свидетельствуют эксперименты. Важно, что обобщенный подход помогает теоретически открыть новые волны электрической активности "на кончике пера". Математическое исследование всех известных волн приводит к системе алгоритмов, которая подсказывает, что должны существовать еще не обнаруженные экспериментально волны ро и сигма с инвариантами 1,465 и 1,380.

Системный количественный анализ волн электрической активности мозга открывает интересные закономерности.

Оказывается, что уравнения алгоритмов всех волн, кроме волны бета, содержат нулевые слагаемые (не входящие в окончательные уравнения алгоритмов), которым соответствуют скрытые операции умножения. Трудно пока сказать, какой конкретный механизм мозга соответствует им при мыслительной деятельности. Однако выполнение дополнительных операций, соответствующих этим слагаемым, требует и соответствующих умственных усилий. Ясно, что лишние усилия при выполнении любой работы не могут вызвать радости.

Вот почему волна бета занимает особое место в системе волн мозга. Ей соответствует наиболее "краткий" алгоритм активности. И потому она чаще всего связана с успешной деятельностью, с приятным чувством, даже с радостью. И в этом секрет золотого сечения, ведь оно описывается той же закономерностью, что я волна бета.

Мне довелось участвовать в 20-е годы в ликвидации неграмотности. До сих пор отчетливо помню, какая искренняя радость светилась в глазах людей, впервые постигших грамоту, когда они писали: "Мы не рабы".

При успешном решении жизненных, учебных, производственных, научных задач всегда появляется мажорное настроение еще и потому, что успех как раз и основан на исключении лишних действий, мешающих работе.

Любое живое существо избегает неприятного, это главный мотив поведения живого организма. Инварианты волн тэта и бета основные, остальные инварианты только производные от них. И это указывает на то, что волны этих типов связаны с наиболее важными параметрами мозга как адаптивной, самонастраивающейся системы.

Волна бета возникает в состояния восприятия золотого сечения при успешном выполнении умственной работы, волна тэта - при появлении неприятности. Приятное и неприятное противоположны: это не только состояния, но и процессы.

Инварианты этих волн, как говорят математики, дуальны и представляют противоположные мотивации, или основные антагонистические эмоции.

Чем больше активация мозга, тем выше частота волн.

Наиболее высокочастотная волна сигма (еще не обнаруженная!) должна преобладать при творческом состоянии мозга.

В процессе творчества мозг использует все свои возможности, все свои алгоритмы.

Можно предположить, что инвариант этой волны должен быть равен поэтому среднему геометрическому значению инвариантов всех шести алгоритмов мозга. И точные вычисления дают именно этот ответ!

Но пора вернуться к загадке давних опытов Фехнера.

В 1898 году он установил, что отношения сторон картин, собранных в европейских музеях за 400 лет, не соответствуют золотому сечению. Мы обнаружили, что в работе Фехнера средние отношения сторон 1477 жанровых картин равны не произвольным числам, а инвариантам волн дельта, тэта, альфа и сигма. И равенства эти (каким бы удивительным ни казалось совпадение) выполняются с погрешностью менее одного процента.

На картинах с другими сюжетами отношения сторон были равны в ряде групп этим же инвариантам и также с малыми погрешностями. Особенно интересны высокая точность совпадения отношения сторон картин и инвариантов мозга и тот факт, что художники выбирали и отношение, равное инварианту волны сигма. Эта волна и ее инвариант подсказаны теоретически системой алгоритмов мозга. Практически этот инвариант, оказывается, уже применялся интуитивно выдающимися художниками в течение четырех веков.

Совпадение отношений сторон картин с инвариантами волн мозга не только подтверждает точность интуиции художников, но и служит еще одним веским доказательством существования системы инвариантов волн мозга, в частности волны сигма.

В процессе творчества художник стремится выразить определенное настроение (и сам переживает его), например, состояние покоя, умиротворенности или конфликта, тревоги.

Естественно, что при этом он реализует в своей работе инварианты волн альфа и тэта.

Когда художник полностью захвачен процессом творчества, вдохновением, он использует до предела все свои возможности; в его мозгу преобладает волна сигма, что и подтверждается статистикой Фехнера.

Системный количественный анализ раскрыл загадку восприятия золотого сечения, поставил на очередь экспериментальное обнаружение волн ро и сигма и выдвинул новые задачи, ведущие к дальнейшим обобщениям. Уместно вспомнить, что Д. И. Менделеев, расположив химические элементы по их атомным весам, обнаружил периодический закон, который стал крупным научным достижением и орудием для физических и химических исследований.

Из аналогии следует, что важно найти закономерность распределения реальных волн мозга на оси частот.

Здесь возникают новые вопросы и проблемы. Почему каждая волна мозга со своими конкретными математическими свойствами находится в определенном месте частотной очереди? Почему природа позаботилась, чтобы волны альфа и гамма, имеющие одинаковые алгоритмы, были расположены на оси частот по обеим сторонам диапазона волны бета?

Существуют ли другие типы золотых сечений или известное золотое сечение единственное? Какую информацию несут волны электрической активности?

Каков еще неизвестный общий принцип самонастройки мозга? Как он определяет строгую упорядоченность частотного распределения его волн?

Почему инварианты мозга человека "содержатся" в формах живых организмов, живших 600 миллионов лет назад?

Ответы на эти вопросы даст научный поиск, исследования.

Природа полна тайн и загадок, раскрытие которых увлекательнее, чем приключения Мегрэ, Эркюля Пуаро и Шерлока Холмса. И тайна "мозговых волн" одна из них.

К раскрытию этих тайн я и призываю молодое поколение неугомонных исследователей.

Записал ВАЛЕРИЙ РОДИКОВ