Шум способен привносить элемент порядка в хаотичные системы [ Редагувати ]

Сотрудники Потсдамского университета обнаружили, что шум способен исключительно благотворно влиять на хаотичные, "возбуждаемые" системы, поддерживать жизнедеятельность морских экосистем и даже сделать химическую отрасль более экологически чистой. Исследователи во главе с Чансуном Чжоу пишут об этом в работе, опубликованной в специальном выпуске New Journal of Physics, посвященного юбилею Альберта Эйнштейна.

Чжоу и его коллеги исследовали особый вид хаотических систем, именуемых "возбуждаемыми средами". К таковым относятся возбуждение нейронов в мозге или лавинообразное увеличение, а затем спад роста планктона в морях. Такие системы не возбуждаются от маломощных сигналов, однако когда стимуляция переходит какое-то пороговое значение, происходит сильнейшее возбуждение. По словам Чжоу, нелинейное поведение, характерное для таких систем, наблюдается и в химических реакциях, когда давление или свет могут направить реакцию по одному или по другому маршруту.

Чжоу и его сотрудники обнаружили, что ключом к возбуждению подобного рода является хаотическое смешение и шум: исследователям удалось продемонстрировать, как нелинейная система может быть синхронизирована даже при значении стимулирующего воздействия ниже порогового уровня, если в такую систему вносится шум.

Согласно выводам, сделанным учёными, колебательное поведение многих природных систем не нарушается при привнесении в них шума, а наоборот, поддерживается им. Например, "шум" в морской экосистеме определяет, как и когда планктон разрастается и когда его количество сокращается. Если такие условия, как температурные изменения, океанические течения, волнение морской поверхности, количество питательных веществ и миграция рыбы, не соответствуют оптимальным значениям, то планктон не растет, однако их можно стимулировать внесением шума, и тогда вся система активизируется, и планктон стремительно разрастается.

По мнению Чжоу, при отсутствии шума рост планктона в некоторых областях может быть вообще невозможен, или, по крайней мере, он бы не следовал обычным природным циклам (в частности, смене времён года). Иначе говоря, присутствие шума - необходимое условие для самого стабильного существования той или иной экосистемы. Соответственно, исследование природного шума позволит прогнозировать или даже предотвращать рост токсичного планктона.

Кроме того, Чжоу считает, что шум можно использовать для контроля над химическими реакциями, делая те более эффективными и снижая количество ядовитых отходов, что, несомненно, положительно скажется на состоянии окружающей среды в районах химического производства.