Архитектурная бионика

198 Архитектурная бионика также нельзя глубоко решать и вопросы тектоники. Считается, что живая система в пределах своих адап ­ тационных возможностей оптимальна по отношению к воздействиям на нее абионических факторов среды. Геометрическую же форму живого организма можно рассматривать как некоторое оптимальное решение (или оптимальный результат) из множества конкури ­ рующих . С позиций термодинамики геометрическая форма различных систем природы (не только живых) может быть представлена как пространственно-временнбе отоб ­ ражение адаптационных, массо-энергетических процес ­ сов, протекающих в этих системах. С другой стороны, геометрическую форму можно рассматривать как относительно самостоятельную — явление, названное в науке морфокинезом. Это понятие соотносимо и с ар ­ хитектурой, в которой также закономерно исследова ­ ние геометрии формы и ее преобразования в процессе как исторического, так и индивидуального развития. Эволюционный морфокинез развивающихся физичес ­ ких и биологических систем — будь то галактика, цве ­ ток растения или нейрон — подчиняется единой законо ­ мерности, проявляющейся в последовательной смене морфокинетических фаз. Для качественного описания этих фаз вводится представление о компактной, нор ­ мальной и диффузной (иррегулярной, атектоничной, ненапряженной) формах системы,, а также об эмбрио ­ нальной (начальной, зародышевой) , ростовой, зрелой и агонельной стадиях. Наблюдая морфокинез биологических объектов при ­ роды в их индивидуальном развитии, можно заметить, что начальная фаза развития представлена всегда ком ­ пактной формой, а конечная — компактной или диффуз ­ ной (иррегулярной) . Основные — спиральные или ветвящиеся геометрические формы этих объектов реа ­ лизуются лишь в процессе развития (рис. 21). Смену фазовых морфокинетических состояний очень удобно наблюдать у распускающихся цветков растений, первоначально имеющих компактную форму бутона, преобразующуюся затем В спиральную или другие фор ­ мы цветов (трансформация, метаморфоз) ; увядающий цветок принимает более или менее компактную форму или распадается на отдельные лепестки, что отождест ­ вляется с диффузной формой морфокинетического сос ­ тояния. Аналогичные морфокинетические состояния ха ­ рактерны и для жизненных циклов представителей жи ­ вотного мира (рис. 22, 23). Логично предположить, что морфокинез космологических систем идет в таком же направлении, т.е. от компактных сфероидальных форм относительно малых размеров к спиральным формам и на заключительной стадии — снова к компактным формам относительного большого размера, или к диффузным, рассеянным формам (заметим, что галак ­ тики — это тоже напряженная, тектоническая систе ­ ма) . На рис. 24, 25 представлены фото различных галак ­ тик, последовательность которых имитирует процесс формообразования одной галактики с классической точки зрения. Такая имитация противоречит морфоки ­ нетической эволюции систем природы. По-видимому, морфокинез космологических систем идет по пути фрагментации малых сфероидальных тел, характери ­ зующихся в начальной фазе развития сверхвысокой плотностью вещества. После фрагментации этих тел наступает спиральная фаза развития — дальнейшее разуплотнение вещества. Заключительная стадия разви ­ тия космологической системы — преобразование спи ­ ральной формы системы в сфероидальную или диффуз ­ ную с малой плоскостью вещества. Такая схема морфокинеза космологических систем в самцх общих чертах согласуется с современной концепцией эволюции галактик, разработанной академиком В.А. Амбарцумя ­ ном и его школой.

Феноменологические процессы формообразования систем природы, закономерности их морфокинетичес ­ кого развития в онтогенезе удобно исследовать с по ­ мощью функций (площади поверхности системы) и 1/(17(объема системы) , изменяющихся во времени. При совместном рассмотрении этих функций соотношение между ними описывается степенной функцией вида F=kV K (< * - = 2/3; к — постоянная величина, характеризующая компактность формы) : чем компактнее форма, тем меньше значение к . Коэффициенту к иногда придается смысл коэффи ­ циента формы тела, что не совсем правильно, так как существует бесконечное множество форм, для которых значения этого коэффициента будут одинаковы (рис. 26). Известно, что наиболее упорядоченным и структурно организованным геометрическим телом является сфера: при заданном объеме она обладает наименьшей пло ­ щадью поверхности по сравнению с другими телами та ­ кого же объема. В отношении теплообмена живых сис ­ тем с окружающей средой форма сферы энергетически более выгодна, чем форма каких-либо других тел. Значение к для сферы, равное 4,834, — наименьшее из всех возможных. В качестве иллюстрации в таблице даны абсолютные и относительные значения этой вели ­ чины для пяти правильных многогранников — плато­ новых тел (рис. 27). d — диаметр; a — длина ребра. Изменение функции F(v) при постоянных назначениях к и ес = 2./3 соответствует при определенных усло ­ виях процессу подобного преобразования геометри ­ ческих тел. Этот процесс удобно рассматривать, поль ­ зуясь графиком этой функции (рис. 28), который в логарифмических координатах имеет вид прямой ли ­ нии, наклоненной к оси абсцисс под углом, тангенс которого равен 2/3. Множество подобных преобразований самых различ ­ ных геометрических тел относительно параметров F и V изображается на таком графике параллельными пря ­ мыми (на рис. 28 показаны графики функции пяти платоновых тел) , лежащими в верхней полуплоскости, ограниченной прямой линией графика F( V) для сферы и осью ординат; чем больше какое-либо геометричес ­ кое тело по форме отличается от сферы, тем выше соответствующая прямая располагается над прямой для сфары. Изменение наклона прямой означает изме ­ нение формы тел при увеличении или уменьшении их размеров. Очевидно, что прямые, параллельные осям координат, означают какие-то экстремальные случаи из ­ менения формы. Одной из моделей такой ситуации мо ­ жет служить капля бензина, падающая на поверхность воды. Можно допустить, что до падения и в процессе па ­ дения капля бензина (гидронапряженная система) имеет сферическую форму и постоянный объем. При сопри ­ косновении с водной поверхностью она растекается и образует пленку, объем которой равен объему капли, а площадь поверхности на несколько порядков превос ­ ходит площадь поверхности сферы. Этот процесс изме- Геометрические характеристики сферы и правильных многогранников (где за единицу принята сфера) Геометри ­ ческое тело Площадь поверх ­ ности Объем к Относи ­ тельное значение А * Сфера <7r/ed 3 4.834 1,000 1,065 1,099 1,182 1,241 1,490 Икосаэдр Додекаэдр Октаэдр Г ексаэдр Тетраэдр 5д. г Уз 5112а 9 (3+У?) 5 149 1каЗ(15+Тв) 5,312 2a 3 V3 6а 2 а. г 4з 1pa 3 V2 5,714 6,000 7,204 а 3 1/120?^