تحقیق مقاله کاربرد ریاضی در معماری

معماری

رئیس انجمن مفاخر معماری ایران: 5 درصد معماران در ساخت و ساز فعال هستند.بنابر آمارها، حدود 5 درصد معماران در بخش اجرایی و ساخت و ساز کشور فعال هستند. رئیس هیات مدیره انجمن مفاخر معماری ایران افزود: این آمارها همچنین نشان می‌دهند که معماران در طرح‌های عمرانی نقش چندانی ندارند. وی که به مناسبت روزمعمار و بزرگداشت شیح بهایی سخن می‌گفت، افزود: جامعه معماران ایران امیدوار است با توجه مسوولان به حرفه معماری و جایگاه آن، زمینه پیشرفت معماری ایران فراهم شود.

هندسه در معماری اسلامی

یک استاد معماری دانشگاه تهران گفت: هندسه در معماری " ایرانی اسلامی "، جایگاه ویژه‌ای دارد.

دکتر " فرهاد فخاری تهرانی " افزود: اشکال هندسی به لحاظ عمر در معماری ایرانی و هنر اسلامی نقش ویژه‌ای داشته است.

وی گفت: اشکال هندسی در تزئینات معماری، کاشیکاری، فرش، مجسمه‌سازی، گره، درهای قوسی و همچنین در سازه نیز نقش عمده‌ای را ایفا کرده است.

وی تصریح کرد: اگر به معماری قدیمی بنگریم، نقش هندسه و اشکال هندسی را در معماری قدیمی به وضوح خواهیم دید.

دکتر فخاری، به "مسجد جامع" اصفهان اشاره کرد وافزود: "مسجد جامع " اصفهان یکی از بناهای بی‌نظیر هزار ساله می‌باشد که کلکسیون هنر و معماری است.

به گفته وی، نقش هندسه در مسجد جامع اصفهان به لحاظ معماری و اعتقادی، جایگاه خاصی دارد.

وی گفت: این درحالی است که در معماری کنونی تمام سازه‌ها فرمت هم شکل داشته و از جذابیت خاصی برخوردار نمی‌باشند.

به گفته وی در معماری قدیمی علاوه بر این‌که از اشکال هندسی استفاده شده و دقت و ظرافت خاصی درآن به‌کار رفته است، دارای زیبایی و جذابیت خاصی نیز می‌باشند.

این استاد دانشگاه افزود: متاسفانه در معماری کنونی این سبک معماری کمتر دیده می‌شود. وی نوع گنبد، طاق چشمه‌ها، ایوان‌ها، فرم و ترکیب خاص معماری قدیمی را در معماری ایرانی و اسلامی قابل توجه دانست.

به گفته وی، باید این سبک معماری که با کار هندسی و ریاضیات هماهنگی دارد در میان جوانان تقویت و آنها را به این سمت سوق دهیم.

دکتر فخاری افزود: بازدید دانش‌آموزان از این نوع معماری باعث تشویق آنها به هندسه و ریاضیات می‌شود.

جدیدترین بررسی ها در باره کاربرد ریاضیات پیشرفته در کاشی کاری بناهای اسلامی از جمله مسجد امام اصفهان و گنبد مراعه در مجله ساینس منتشر شد. 

 یافته های جدید در زمینه ریاضیات در کشورهای  اسلامی که در مجله ساینس منتشر شده است نشان می‌دهد  ریاضیات در این مناطق  به مراتب از آن چه  که تاکنون تصور می شد پیشرفته تر بوده است.

به گزارش مجه سایتس دانشمندان اعلام کردند بررسی اشکال هندسی پیچیده در کاشی های تزیینی که بر روی شاهکارهای معماری اسلامی مربوط به قرن پانزدهم میلادی وجود دارد ،  نشان می دهد اعداد کوچک در اشکال شبه کریستالی نقش بسیار مهمی داشته اند.
براساس این گزارش تنها در دهه های 1970 بود که پرفسور «راجر پن رز» ریاضی دان و کیهان شناس انگلیسی برای اولین بار این اشکال هندسی را برای علاقمندان غربی تشریح کرد.

دراین گزارش همچنین آمده است:« اشکال و الگوهای شبه کریستالی در کاشی کاری های اسلامی شامل مجموعه ای از واحدهای در هم پیچیده ای است که در آن الگوی هندسی حتی هنگامی که که به گونه ای نامتناهی درتمام جهات امتداد می یابند و فرم ویژه ای از تقارن می یابند، هرگز تکرار نمی شوند.»

«آرتور پیتر لو »از دانشگاه هاروارد که این مقاله را چاپ و منتشر کرده است  با اشاره به این که اشکال هندسی خیره کننده موجود در کاشی های یک بنای اسلامی نشان دهنده الگوی هندسی ویژه ای است که نشان می دهد که طراحان این اشکال هندسی ا ز ریاضی دانان اروپایی 500 سال جلوتر بوده اند، او افزوده است :«این اشکال حقیقتا گیج کننده اند زیرا ریاضیات به گونه ای چنان شگفت انگیز در این کاشی کاری ها به کاررفته است که ما تا 20 -30 سال پیش نتوانستیم متوجه آن شویم.»

«ارتور لو» و همکارش پرفسور« پاول استین هاردی» از دانشگاه پرینستون به ویژه طراحی و اشکال موجود در «درب مسجد امام در اصفهان» را عالی ترین نمونه از کاربرد ریاضیات پیشرفته در آثار هنر معماری اسلامی معرفی می کنند که در سال 1453 ساخته شده است.
دربخشی از این گزارش با اشاره به ممنوعیت تصویر گری در اسلام آمده است که مسجدها و دیگر یناهای شاخص اسلامی در سرتاسر خاورمیانه ،آسیای مرکزی و دیگر سرزمین های اسلامی اعلب از اشکال غنی ، دقیق و پیچیده ای پوشیده شده است که بر اساس الگوهای هندسی دقیقی طراحی شده اند.

آرتور لو در بررسی هایی که در درباره ریاضیات پیشرفته در هنر کاشی کاری اسلامی انجام داده و نتایج آن نیز در مجله ساینس چاپ و منتشر شده ، تاکید کرده است که این اشکال هندسی نشان می دهد که کشورهای اسلامی در زمینه ریاضیات و طراحی به چه میزانی از پیشرفت دست یافته بودند.

به گفته او شما می توانید در تمامی آثار شاخص اسلامی شاهد تکامل تدریجی و فزاینده ریاضیات در ترسیم اشکال هندسی باشید که در بیشتر موارد از یک الگوی ساده شروع شده و سپس به تدریج پیچیدگی بیشتر و بیشتری می یابد.

در ادامه این گزارش خاطر نشان شده است :زمانی که اروپا در باتلاق های عصر تاریکی به سر می برد فرهنگ اسلامی که درقرن هفتم هجری  شکل گرفته بود، طی قرن های متمادی با دستاوردهای مهمی در رشته های مختلف ریاضی، پزشکی، مهندسی، سرامیک، هنر و انواع دست بافته ها، معماری و دیگر رشته های علمی در اوج شکوفایی خود بود.
آرتور لو همچنین گفته است که یافته های جدید در زمینه ریاضیات اسلامی نشان می دهد که فرهنگ اسلامی به مراتب از آن چه که تا کنون تصور می شد پیشرفته تر بوده است.
علت اصلی انجام این بررسی ها آن بود که لو حین سفر به ازبکستان متوجه مسجدی مربوط به قرن شانزدهم میلادی شد که در کاشی کاری های آن ازموتیف های ده ضلعی استفاده شده است. این مسئله توجه و کنجکاوی وی را به کاشی کاری های شبه کریستالی در مساجد اسلامی جلب کرد.

طبق همین گزارش این موضوع پیشتر نیز مورد توجه محققان غربی بسیاری قرار گرفته بود چنان که در سال های دهه 1900 پرفسور «امی ماکویسکی »از دانشگاه کپنهاگ دانمارک نیز متوجه چنین موضوعی در مسجد های اسلامی به ویژه در گنبد مسجد مراغه شد که در سال 1197 ساخته شده است.

ریاضیات در معماری پازل نانو چه نقشی خواهد داشت؟

علوم نانو و فناوری نانو بیانگر رهگذری به سوی دنیایی جدید هستند. سفر به اعماق سرزمین اتمها و مولکولها نوید دهنده اثراث اجتماعی شگفت‌انگیزی است: در علوم بنیادین، در فناوریهای نو، در طراحی مهندسی و تولیدات، در پزشکی و سلامت و در آموزش.
پیش‌بینی‌های گسترده در حوزه کشفیات جدید، چالشها، درک مفاهیم، حتی هنوز فرم و محتوای موضوع، مه‌آلود و اسرارآمیز است. این مقاله می‌کوشد تا چالشهای دنیای ریاضیات را در مواجهه با دنیای شگفت‌انگیز نانو بررسی کند. به عبارت دیگر، ریاضیات در معماری پازل نانو چه نقشی خواهد داشت:

همگان بر این نکته توافق دارند که پیشرفتهای بزرگ، مستلزم تعامل میان مهندسان، ژنتیست‌ها، شیمیدانان، فیزیکدانان، داروسازان، ریاضیدانان و علوم رایانه ای ها است. شکاف میان علوم و فناوری، میان آموزش و پژوهش، میان دانشگاه و صنعت، میان صنعت و بازار بر مجموعه تأثیرگذار خواهد بود. دلایل کافی مبتنی بر فصل مشترک میان نظامهای کلاسیک و فرهنگ ها موجود است.این انقلاب علمی و فناورانه، منحصر به فرد است. این بدین معنی است که می‌بایستی نه تنها در بعد علمی، که در سایر ابعاد، نیز زیرساختهای بنیادین با حداکثر انعطاف پذیری در برابر تغییرات را پیش‌گویی و پیش‌بینی کنیم.
دانش ریاضیات به عنوان خط مقدم جبهه علم مطرح است. ویژگی بدیهی ریاضیات در علوم نانو «محاسبات علمی» است. محاسبات علمی در فناوریی که به عنوان فناوری انقلابی مطرح شده است. محاسبات علمی در طول، تفسیر آزمایشات، تهیه پیش‌بینی در مقیاس اتمی و مولکولی بر پایه تئوری کوانتومی و تئوریهای اتمی است. همانگونه که ریاضیات زبان علم است، محاسبات، ابزاری عمومی علم و کاتالیزوری برای تعاملات عمیق‌تر میان ریاضیات و علوم است. یک تیم محاسبات، درباره مدلشان و اثر محاسباتشان و تطبیق‌پذیری آن با واقعیت، به بحث می‌پردازند. «‌محاسبات» رابطی میان آزمایش و تئوری است. یک تئوری و یک مدل ریاضی، پیش نیاز محاسبات است و یک آزمایش تنها اعتبار بخش هر نوع تئوری، مدل و محاسبات است. مدلهای ریاضی، ستونهای راهگشا به سوی بنیاد علم و تئوریهای پیش بین هستند. مدلها، رابطهایی بنیادین در پروسه‌های علمی هستند و اغلب اوقات در سیستم‌های آموزشی به فاز مدلسازی و محاسبات، تأکید کافی نمی‌شود. یک مدل ریاضی بر پایه فرمولاسیون معادلات و نامعادلات اصول بنیادین استوار است و مدل درگیر با درک کامل پیچیدگیهای مسأله نظیر، جرم، اندازه حرکت و توازن انرژی است. در هر سیستم فیزیکی واقعی تقریب اجازه داده می‌شود، تا مدل را در یک قالب قابل حل عرضه کنند. اکنون می‌توان مدل را یا به صورت «تحلیلی» و یا بصورت «عددی» حل کرد. در این حالت مدلسازی ریاضی یک پروسه پیچیده است،زیرا می‌بایستی دقت و کارآیی را همزمان نشان دهد. در علوم نانو و فناوری نانو، مدلسازی نقش محوری را بر عهده دارد، بویژه وقتی که بخواهیم عملکرد ماکروسکوپی مواد را از طریق طراحی در مقیاس اتمی و مولکولی کنترل کنیم، آن هم در شرایطی که درجات آزادی زیاد باشد. مدلسازی ریاضی یک ضرورت در این فضای مه آلود است. تفسیر داده‌های آزمایشگاهی یک ضروت حتمی است. همچنین برای هدایت، تفسیر، بهینه سازی، توجیه رفتارهای آزمایشگاهی، مدلسازی ریاضی ضرورت می‌یابد. یک مدل مؤثر، راه رسیدن به تولیدات جدید، درک جدید رفتارشناسی، را کوتاه می‌کند و تصحیح گر هوشمندی است که از نتایج گذشته درس می‌گیرد.
مدلسازی نه تنها ویژگی منحصر به فرد ریاضیات است بلکه پلی بسوی فرهنگهای مختلف علمی است. تئوری در هر مرحله از توسعه علم، نقش محوری دارد، ارزیابی حساسیت مدل به شرایط پروسه‌های فیزیکی ، و حصول اطمینان از اینکه معادلات و الگوریتمهای محاسباتی با شرایط کنترل آزمایشگاهی سازگارند، از چالشهای مهم است. تئوری نهایتاً بسوی تعریف نتایج و درک فیزیکی سیستم، میل خواهد کرد و اغلب اوقات ریاضیات جدیدی لازم نیست تا به منظور رسیدن به درک رفتار، ساخته شود.
عبور از تئوریهای موجود ارزشمند است و اغلب نیز اتفاق می‌افتد. زمانی مدلها، مشابه سیستم‌های شناخته شده هستند که دقت ریاضی بالایی را داشته باشند اما در جهان شگفت ‌انگیز نانو، مدلهای مختلف و جدید، چالشهای جدی را در دانش ریاضیات پدید می‌آورند. تئوریهای جدید در مقیاسهای زمانی غیر قابل پیش‌گوئی اتفاق می‌افتند و تئوریهای قدرتمند در قالبهای عمیق شکل می‌گیرند. میان‌برهای اساسی لازم است تا شبیه‌سازی صورت گیرد:
طراحی در مقیاس اتمی و مولکولی، کنترل و بهینه سازی عملکرد مواد و ابزار آلات، و کارآیی شبیه‌سازی رفتار طبیعی، از مهمترین چالشها است. این چالش‌ها نوید دهنده برهم کنشهای کامل میان حوزه‌های مختلف ریاضی خواهد بود.

آثار اجتماعی این چالش‌ها زیاد و متنوع خواهد بود. منافع حاصل از مشغولیت ریاضیدانان فعال، توازن با چالشهای اصلی در زمینه رشد زیرساختهای ریاضیات، تغییرات در ساختار آموزش ریاضیات، از جمله آثار ورود ریاضیات به دنیای شگفت انگیز نانو خواهد بود.
جامعه ریاضی می‌بایستی اصلاح شود: تئوریهای بنیادین، ریاضیات میان رشته‌ای و ریاضیات محاسباتی و آموزش ریاضیات.ریاضیات چه حوزه‌هایی را در بر خواهد گرفت؟ الگوریتمهای اصلی در حوزه‌های ریاضیات کاربردی و محاسباتی، علوم کامپیوتر، فیزیک آماری، نقش مرکزی و میان بر ساز را در حوزه نانو بر عهده خواهند داشت.
برای روشن شدن موضوع برخی از اثرات ریاضیات را در فرهنگ نانو بررسی می‌کنیم:

روشهای انتگرال گیری سریع و چند قطبی سریع: اساسی و الزامی به منظور طراحی کدهای مدار (White, Aluru, Senturia) و انتگرال گیری به روش Ewala در کد نویسی در حوزه‌های شیمی کوانتوم و شیمی مولکولی (Darden 1999)

روشهای« تجزیه حوزه»، مورد استفاده در شبیه‌سازی گسترش فیلم تا رسیدن به وضوح نانوئی لایه‌های پیشرو مولکولی با مکانیک سیالات پیوسته در مقیاسهای ماکروسکوپیک (Hadjiconstantinou)

تسریع روشهای شبیه سازی دینامیک مولکولی (Voter 1997)

روشهای بهبود مش‌بندی تطبیق پذیر: کلید روشهای شبیه پیوسته که ترکیب کننده مقیاسهای ماکروئی، مزوئی، اتمی ومدلهای مکانیک کوانتوم از طریق یک ابزار محاسباتی است (Tadmor, Philips, Ortiz)

روشهای پیگردی فصل مشترک: نظیر روش نشاندن مرحله‌ای Sethian, Osher که در کدهای قلم زنی و رسوب‌گیری جهت طراحی شبه رساناها مؤثرند (Adalsteinsson, Sethian) و نیز در کدگذاری به منظور رشد هم بافت ها (Caflisch)

روشهای حداقل کردن انرژی هم بسته با روشهای بهینه سازی غیر خطی (المانی کلیدی برای کد کردن پروتیئن‌ها) (Pierce& Giles)

روشهای کنترل (مؤثر در مدلسازی رشد لایه نازک‌ها (Caflisch))