Фасад церкви Санта-Мария-Новелла во Флоренции.

_{(рисунок: АМА; фотография: FMC)}

Парус корабля, раздуваемый ветром, — герб семейства Ручеллаи, изображенный на фасаде церкви Санта-Мария-Новелла во Флоренции.

_{(источник: FMC)}

Первый камень современного здания церкви Санта-Мария-Новелла был заложен в день Святого Луки в 1246 году. Ранее на этом месте располагалась небольшая старинная церковь, построенная монахами-францисканцами по прибытии во Флоренцию. Строительные работы продолжались до середины следующего столетия. Церковь была освящена лишь в 1420 году папой Мартином V, резиденция которого располагалась во Флоренции.

На первом этапе работ над фасадом были построены шесть внутренних арок, две боковые двери в готическом стиле и круглые слепые арки, выполненные из белого и зеленого мрамора, имитирующие арки баптистерия Сан-Джованни. Работы были приостановлены, когда не были завершены ни центральный карниз, ни центральный портал.

* * *

«ДОКАЗАТЕЛЬСТВА ИЗ КНИГИ»

Пол Эрдёш (1913–1996) считал, что существует Книга, в которой Бог записал все самые красивые доказательства математических теорем. Он говорил, что у математиков нет причин верить в Бога, но они должны верить в существование Книги. Доказательства из Книги, как и шедевры архитектуры, обладают тем, что Альберти называл concinnitas, — пропорциональностью, равновесием, красотой.

Понять значение concinnitas нетрудно, если взглянуть на фасад церкви Санта-Мария-Новелла математическим взглядом, и еще проще, если вы вспомните некоторые доказательства, которые, как вам кажется, могут содер- жаться в Книге.

Пол Эрдёш (1992).

* * *

Джованни Ручеллаи, известный купец, обратился к своему архитектору и другу Леону Баттисте Альберти, чтобы тот завершил проект церкви. Альберти решил покрыть фасад белым и зеленым мрамором, изменив внутреннее убранство церкви, вместе с тем обеспечив гармоничность и пропорциональность здания. Внутренняя часть, выполненная в средневековом стиле, осталась почти нетронутой. К ней был добавлен центральный портал в духе римского Пантеона, а также пилястры, выполненные в стиле эпохи Возрождения. Он также спроектировал верхнюю часть здания, отделенную широким фризом, о котором мы поговорим чуть позже. Из-за особого расположения отверстия на фасаде рядом с ним Альберти поместил новый квадратный элемент, смещенный по вертикали и разделенный на три части четырьмя пилястрами. Центральные пилястры были в два раза шире боковых. Разделив архитектурное пространство на равные прямоугольники, архитектор тем самым определил основную единицу длины, которую затем использовал во всем проекте. Альберти увязал уже построенную нижнюю часть здания с новыми архитектурными элементами, установив соотношения между размерами, которые выражались кратными и дробными числами.

Пропорции церкви Санта-Мария-Новелла. Основным элементом композиции является квадрат.

 _{(источник: FMC)}

* * *

ПОНЯТИЕ ГРУППЫ

Группа в математике — это множество G, на котором определена операция °. Говорят, что множество G с заданной на нем операцией ° (G, °) является группой, если они обладают следующими свойствами.

1. Операция является внутренней, то есть результатом этой операции с любыми двумя элементами множества будет элемент этого же множества.

2. Операция является ассоциативной. Иными словами, для любой тройки элементов группы результат операции над ними одинаков вне зависимости от того, в каком порядке она будет выполняться.

3. Наличие нейтрального элемента.

Существует единственный элемент

4. Наличие обратного элемента.

Для любого элемента х группы существует элемент x' такой, что

Изометрия — это геометрическое преобразование, оставляющее неизменным расстояния между элементами множества. Иными словами, изометрия — это «жесткое» перемещение, которое не деформирует множество. Примерами изометрии на плоскости являются поворот вокруг точки, параллельный перенос и осевая симметрия (отражение). Изометрией также считается скользящая симметрия — контаминация параллельного переноса и осевой симметрии, ось которой параллельна направлению переноса.

ГРУППЫ ЛЕОНАРДО

Группы Леонардо — это группы движений с конечным числом элементов и точкой, положение которой остается неизменным вне зависимости от применяемого движения. Группы Леонардо содержат только повороты и различные виды отражений (зеркальной симметрии).

Существует два вида групп Леонардо. Первый — циклические группы, состоящие из одного поворота на некоторое число градусов, причем 360° делится на это число без остатка. Примером такой группы является С₃, содержащая поворот g на 120°. Элементами этой группы являются:

С₃  = {Id, g, g²},

где Id — нейтральный элемент.

Группа С₃ с обозначенной фиксированной точкой, которая является центром вращения.

Ко второму типу относятся так называемые диэдрические группы, образованные поворотом и симметрией, ось которой проходит через центр вращения. Такие группы обозначаются D_n.

Слева — фигура, инвариантная для D₃. Справа обозначены оси симметрии и повороты.

Например, D₃ состоит из поворота g на 120° и симметрии s. Элементами этой группы являются:

D₃ = {Id, g, g2, s, s°g, s°g²}.

Результат применения к исходной фигуре F движений Id, g и g².

Результат применения к исходной фигуре F движений s, g°s и g²°s.

* * *

Фриз церкви Санта-Мария-Новелла с 15 розами. Каждая имеет различную форму и вписана в квадрат.

_{(источник: АМА)}

Совокупность архитектурных элементов вписана в квадрат, который, в свою очередь, делится на четыре квадрата осью симметрии и верхней границей фриза. Аттик, возведенный над фризом, вписан в квадрат, в четыре раза меньший большого квадрата. Чтобы дополнить композицию и компенсировать разницу высот центрального и боковых нефов, архитектор использовал две треугольные волюты со скругленными краями, в которые вписаны две окружности. Аттик завершается фронтоном, в который вписана окружность с изображением солнца — герб этого района Флоренции. Диаметр центрального отверстия, если считать вместе с окаймлением, в два раза больше диаметра трех окружностей — верхней, расположенной на фронтоне, и двух боковых. В композиции, как можно увидеть невооруженным глазом, доминируют квадраты. Также можно заметить, что несколько раз используется золотое сечение, правда, с меньшей точностью, а также другие соотношения. Например, ширина и высота центрального портала относятся как 2:3.

Некоторые примеры использования золотого сечения.

_{(источник: FMC)} 

Использование подобных соотношений (не только золотого сечения) делает проект модульным, что упрощает его реализацию, а также имеет чисто эстетическую функцию, делая гармоничным сочетание различных частей единого целого.

Квадрат, в который вписана волюта, равен 1/16 большого квадрата. Соотношение сторон дверей церкви равно 2:3.

 _{(источник: FMC)}

Результат впечатляет: двухцветное здание становится сбалансированным, ритмичным и гармоничным. Заострим внимание на центральном фризе. В нем выделяются 15 квадратов зеленого мрамора, в каждый из которых вписана роза. Если смотреть на здание невооруженным глазом, розы практически незаметны. Сделав снимок телеобъективом, мы сможем восстановить их и подробнее рассмотреть их форму. Они изготовлены из мрамора трех цветов: зеленого, белого и розового.

Рассмотрим, какие группы соответствуют каждой розе фриза. Для этого пронумеруем розы слева направо.

Первой и второй розе соответствует группа D₅, образованная поворотом на 72° и симметрией относительно вертикальной оси.

Первая и вторая роза центрального фриза церкви Санта-Мария-Новелла.

Внешней части третьей розы соответствует группа D₁₆, центральной части — D₈, но так как внутренняя часть розы содержит четырехугольник, в сумме этой розе соответствует D₄. Привлекает внимание тот факт, что ось симметрии повернута относительно вертикали на 11,5° (следовательно, остальные будут повернуты на 56,5°, 101,5° и 146,5°).

Третья роза.

Четвертой розе соответствует D₈, но так как внутри кольца расположена шестиконечная звезда, то искомой группой будет D₂.

Четвертая роза.

Пятой розе, равно как шестой и седьмой, вновь соответствует D₄.

Пятая роза.

Шестая роза.

Седьмая роза.

Восьмой розе, занимающей центральное положение, очевидно соответствует D₆, на что указывает центральная шестиконечная звезда.

Восьмая роза.

Девятой розе вновь соответствует D₄.

Девятая роза.

Десятая роза — одна из самых интересных. Симметрия центральных элементов, ставящая этой розе в соответствие D₈, нарушается обрамляющими ее тюльпанами. Поэтому эта роза не имеет осей симметрии и ей соответствует C₈.

Десятая роза.

Одиннадцатой розе очевидно соответствует D₆, следующей — D₈.

Одиннадцатая роза.

Двенадцатая роза.

Тринадцатой розе, если не учитывать ее центральное кольцо, соответствует D₈. Однако если мы рассмотрим ее подробнее, то увидим, что внутри этого кольца изображена пятиконечная звезда. Так как числа 5 и 8 являются взаимно простыми, эта роза обладает исключительно центральной симметрией. Следовательно, ей соответствует D₁.

Тринадцатая роза.

Четырнадцатой розе вновь соответствует D₄  — эта группа встречается среди всех пятнадцати роз чаще остальных.

Четырнадцатая роза.

Наконец, в пятнадцатой розе используются различные пятиугольники, однако в ее центре расположен треугольник, поэтому ей вновь будет соответствовать D₁ так как для этой розы характерна единственная симметрия.

Пятнадцатая роза.

В итоге, за исключением десятой розы, которой соответствует циклическая группа С₈, всем остальным соответствуют диэдрические группы: двум розам — D₁ одной — D₂, шести — D₄, двум — D₅, еще двум — D₆, одной — D₈.

Флоренция — город, полный искусства и математики. Неудивительно, что она является одним из самым популярных мест отдыха туристов. Если вы планируете побывать в этом городе на реке Арно, мы советуем не ограничиваться посещением знаменитого моста Понте Веккьо и Пьяццале Микеланджело, с которой виден весь город, и совершить «математическую» прогулку. Зайдите на немноголюдную площадь перед церковью Санта-Мария-Новелла и не спеша полюбуйтесь ее изумительным фасадом.