MATEMATICAS Y ASTRONOMIA U N I V E R S O S F R A C T A L E S

UNIVERSOS FRACTALES 1. Introducción. ¿Qué es un fractal? 2. Los primeros fractales de la historia De los fractales a la realidad. 3. Fractales del sistema L 4. Fractales del sistema IFS De la realidad a los fractales. 5. La dimensión de los fractales y los objetos reales 6. Universo homogéneo versus universo fractal Julio Bernués y María López

Introducción Benoit Mandelbrot Mandelbrot set Fractal: Del latín fractus, interrumpido o irregular

Introducción Benoit Mandelbrot Mandelbrot set Acta fundacional: “Los objetos fractales”, Tusquets 1975

Introducción Benoit Mandelbrot Mandelbrot set “Acepto que se me califique de… padre de la revolución fractal… con sorpresa pero con gusto…”

Introducción Benoit Mandelbrot Mandelbrot set “He concebido, puesto a punto y utilizado extensamente una nueva geometría de la naturaleza”

Introducción Benoit Mandelbrot Mandelbrot set “Mi libro… es un documento histórico”

¿Qué es un fractal? ¿ Existen los fractales ? Definición (provisional) 1. Un fractal es el producto final que se origina a través de la repetición infinita de un proceso geométrico bien especificado. Definición (provisional) 2. Un fractal es un conjunto cuya dimensión no es entera. ¿ Existen los fractales ?

Fractales autosemejantes. Los primeros fractales de la historia. 1. Curva de Koch Helge-von Koch (1879-1924)

Fractales autosemejantes. Los primeros fractales de la historia. 1. Curva de Koch 2. Triángulo de Sierpinski 3. Alfombra de Sierpinski Waclaw Sierpinski (1882-1969)

Fractales autosemejantes. Los primeros fractales de la historia. 1. Curva de Koch 2. Triángulo de Sierpinski 3. Alfombra de Sierpinski 4. Esponja de Menger

Fractales autosemejantes. Los primeros fractales de la historia. 1. Curva de Koch 2. Triángulo de Sierpinski 3. Alfombra de Sierpinski 4. Esponja de Menger Menger (1902-1985)

Fractales autosemejantes. Los primeros fractales de la historia. 1. Curva de Koch

Fractales autosemejantes. Los primeros fractales de la historia. 1. Curva de Koch

Fractales autosemejantes. Los primeros fractales de la historia. 1. Curva de Koch

Fractales autosemejantes. Los primeros fractales de la historia. 2. Triángulo de Sierpinski

Fractales autosemejantes. Los primeros fractales de la historia. 3. Alfombra de Sierpinski

Fractales autosemejantes. Los primeros fractales de la historia. 3. Alfombra de Sierpinski

Fractales autosemejantes. Los primeros fractales de la historia. 4. Esponja de Menger

Fractales del sistema L 1. Curva de Koch como sistema L

Fractales del sistema L 1. Curva de Koch como sistema L Alfabeto: F, +, - Axioma: F Reglas: F -> F + F - - F + F + -> + - -> - Significado: F = Avanzar una unidad + = Giro de 60º - = Giro de - 60º Paso 1: F Paso 2: F + F - - F + F Paso 3:(F + F - - F + F)+(F + F - - F + F)- -(F + F - - F + F)+(F + F - - F + F)

Fractales del sistema L 2. Construcción de objetos reales

Fractales del sistema L 2. Construcción de objetos reales

Fractales del sistema L 2. Construcción de objetos reales

Fractales del sistema L 2. Construcción de objetos reales

Fractales del sistema L 3. Una dimensión más. Paisajes fractales

Fractales del sistema L 3. Una dimensión más. Paisajes fractales

Fractales del sistema L 3. Una dimensión más. Paisajes fractales

Fractales del sistema L 3. Una dimensión más. Paisajes fractales

Fractales del sistema IFS Método creado por M.F. Barnsley en 1985 basado en la iteración de varias funciones de la forma

Fractales del sistema IFS 1. Brocoli IFS F

Fractales del sistema IFS 2. Helecho de Barnsley

La dimensión de los fractales y de los objetos reales 1. Método de contar cajas La dimensión de un conjunto viene dada por la fórmula Donde N(h) es el número de bolas de diámetro h que se necesitan para cubrir el conjunto. Ejemplo: Dimensión de un segmento es 1. Dimensión de una circunferencia es 1. Dimensión del fractal de Koch ,

La dimensión de los fractales y de los objetos reales 1. Método de contar cajas La dimensión de un conjunto viene dada por la fórmula Donde N(h) es el número de bolas de diámetro h que se necesitan para cubrir el conjunto. Ejemplo: Dimensión de un segmento es 1. Dimensión de una circunferencia es 1. Dimensión del fractal de Koch ,

La dimensión de los fractales y de los objetos reales 1. Método de contar cajas dimension (experimental) = 1.18 dimension (analytical) = 1.26 deviation = 6%

La dimensión de los fractales y de los objetos reales 1. Método de contar cajas (dimension (experimental) = 1.73 dimension analytical) = ?? deviation = ??

La dimensión de los fractales y de los objetos reales 1. Método de contar cajas Dimensión de costas y fronteras. (Lewis Fry Richardson, 1961). Costa de Africa del Sur: Dimensión= 1 Frontera terrestre de Alemania: Dimensión =1,18 Costa oeste de Gran Bretaña: Dimensión = 1,25 Frontera España-Portugal: Dimensión = 1,16

Resumiendo .... - Los fractales son objetos sencillos de construir. La reiteración es la causa de su aparente complejidad. - Una característica de los fractales es su “apariencia autosemejante”. - En física sobre todo, se le llama fractal a todo objeto que tiene dimensión no entera.

Universo homogéneo versus universo fractal Is the universe fractal? , por V.J. Martínez, Science, vol 284 (1999) p. 445 ss Is the universe homogeneous on large scales? , por L. Guzzo, New Astronomy, vol 2 (1997) p. 517 ss Principio Cosmológico (Einstein): “El universo es homogéneo a grandes escalas”.

Universo homogéneo versus universo fractal Está aceptado que a pequeña escala el universo no es homogéneo. El universo tiene estructura fractal en escalas de hasta 50 millones de años luz. Dos opiniones: 1. El universo, a grandes escalas, es homogéneo. 2.El universo, a grandes escalas, tiene estructura fractal de dimensión: - Dimensión 1,00 (Mandelbrot) - Dimensión 2,00 (L. Pietronero) - Dimensión 1,2 - 1,5- 2,2 (otros autores)

Universo homogéneo versus universo fractal Indicaciones de que nuestro universo (visible) posee estructura fractal. Método 1. M(r) es el número de galaxias en un círculo de radio r centrado en la Tierra. Si la distribución fuese homogénea, M(r) crecería como r 3. En una escala de 450 millones de años luz, M(r) crece como r 2.

Universo homogéneo versus universo fractal Indicaciones de que nuestro universo (visible) posee estructura fractal. Método 2. C(r) es el número medio de galaxias en un círculo de radio r. Si la distribución fuese homogénea, C(r) crecería como r 3. En una escala de 450 millones de años luz, C(r) crece como r 2 (otros autores deducen exponentes distintos).