Физик Саратовского национального исследовательского университета имени Н. Г. Чернышевского Владимир Семенов первым в мире экспериментально доказал, что такое явление как шум Леви может иметь организационный потенциал. Об этом рассказали в пресс-службе университета.
Шум — это беспорядочные колебания в системе. Обычно для моделирования подобных явлений ученые используют Гауссов шум. Но шум Леви имеет отличительные свойства: он может быть асимметричен и содержать редкие, но резкие скачки большой амплитуды. Это придает ему разрушительную силу, но, как показал саратовский исследователь, эти же свойства могут иметь пользу в бистабильных (имеющих два устойчивых состояния) системах.
Такие системы широко распространены: в химических реакциях, процессах горения, жидких кристаллах и даже в распространении эпидемий. В них формируются области — домены, разделенные границами — волновыми фронтами. Эти границы могут быть стабильными или подвижными. Управление скоростью и направлением движения фронтов открывает путь к контролю над множеством природных и технологических процессов — от изменения свойств материалов до динамики популяций.
Предложенный метод управления позволяет изменять степень выраженности асимметрии бистабильных систем за счет асимметрии шумового воздействия, чтобы добиться ускорения распространения пространственных доменов, или наоборот — замедления и даже смены характера распространения на противоположный.
Работа включала два этапа. Сначала с помощью численного моделирования исследовались сети связанных бистабильных осцилляторов, а затем был проведен физический эксперимент. Ученый создал электронное устройство, на которое подавался реальный сигнал, близкий по характеристикам к шуму Леви. Это позволило впервые проверить предсказанные ранее эффекты в лаборатории.
Результаты подтвердили: при нулевой асимметрии шум только лишь разрушает фронты и домены, а при ненулевой — задает направление распространения. Причем скорость и направление зависят не только от параметров шума, но и от типа связи между элементами системы — однонаправленной или двунаправленной.
Таким образом, шум Леви можно превратить из деструктивного фактора в инструмент тонкого управления. Его можно использовать в медицине и нейрофизиологии — для описания сигналов мозга, в энергетике — для моделирования устойчивости сетей, в популяционной динамике и даже при разработке алгоритмов машинного обучения.
Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда (проект № 24-72-00054) и соответствует стратегическим направлениям программы «Приоритет-2030». Результаты опубликованы в журнале Chaos, Solitons & Fractals.
Ранее Наука Mail рассказывала, что в НовГУ решили задачу о «двуруком бандите».
