Klímaváltozás egyszerű berendezésekben
Kitörő viharban a hajót egyre jobban himbálják a hullámok, a rádió gombjának tekerésével jobban hallható a kiválasztott adó, az egyenetlen úton gyorsuló teherautó platóján csúszkál a rakomány, és a kikapcsolás után lassul a centrifuga rázkódása. A felsorolt példákban közös, hogy tulajdonságaik lényeges mértékben megváltoznak időbeli fejlődésük során.
Ugyanez történik a klímaváltozás során is, amellyel nap mint nap szembesülünk. A klímaváltozást a légkör szén-dioxid-tartalmának és ezzel együtt a Föld átlaghőmérsékletének folyamatos növekedése okozza. A klíma tulajdonságai kaotikusak, ezért lehetetlen változását előre megjósolni. Mivel nagy mértékben érzékeny a kiindulási állapotára (a káoszelméletben ezt nevezik pillangóhatásnak), a klímatudományban hasznos a lehetséges kezdőfeltételek sokaságának vizsgálatából nyert valószínűségi információt felhasználni. A klímaváltozás jellemzéséhez pedig az időben változó paraméterek miatt a sokaságból induló lehetséges későbbi állapotok pillanatfelvételeinek vizsgálata segít hozzá.
Jánosi Dániel, az ELTE fizikus mesterszakos hallgatója, Károlyi György, a BME egyetemi tanára és Tél Tamás, az MTA-ELTE Elméleti Fizikai Kutatócsoport kutatója és korábbi vezetője most megjelent cikkükben arra hívják fel a figyelmet, hogy a klímatudományban napjainkra elterjedt módszerekkel olyan egyszerű mérnöki eszközöket is érdemes vizsgálni, melyek – a bevezetésben említettekhez hasonlóan – időben változó paraméterű berendezéseknek tekinthetők. Ezek egyszerűségük ellenére kaotikusak és előre jelezhetetlenek, ezért statisztikai tulajdonságaik csak sokaságok vizsgálatával tárható fel. A változó paraméter miatt bennük a káosz erőssége is változik, és mivel a valódi klímaváltozás lényege szintén a káosz jellegének időbeli megváltozása, ezért lehet a bevezetésben említett példákat is a klímaváltozáshoz hasonlítani.
A káosz következményeként az ilyen rendszerek nagyon sokféle (de nem tetszőleges) módon fejlődhetnek az időben. „Különböző kezdőállapotokból indítjuk az egyes rendszerek másolatait, amelyek ugyanazon fizikai törvények szerint mozognak. Az eredményeket pillanatfelvételeken tanulmányozzuk – mutatja be a módszert Jánosi Dániel fizikus hallgató, a cikk első szerzője. – Az így előállított párhuzamos időfejlődések egymás mellé állítása adja a megfelelő valószínűségi leírást, amelyet a 'párhuzamos dinamikai időfejlődések' elméletének nevezünk a párhuzamos földi klímák analógiájaként."
A kék pontok egy egyszerű berendezés párhuzamos időfejlődéseinek lehetséges pillanatnyi állapotait mutatják két pillanatfelvételen, eltérő időpontokban. A jobb oldali ábrán a pontok nagyobb tartományon szóródnak, ami a káosz erősödésére utal, a berendezés "klímaváltozáson" megy keresztül.
A tanulmány szerzői arra hívják fel a figyelmet, hogy hétköznapi berendezésekben is előfordulnak és vizsgálhatók a klímaváltozáshoz hasonló folyamatok. Az idei fizikai Nobel-díjat éppen a klimatikus változások fizikai modellezéséért és a komplex rendszerek vizsgálatáért adták, ami a fizika e területének központi szerepét jelzi.
A cikket a Springer Nature kiadónak a mérnöki tudományokban előforduló kaotikus jelenségek megismerését célul tűző Nonlinear Dynamics című lapjában tették közzé. A folyóiraton belül a Feature Article rovatban jelent meg, amely évente csak néhány ilyen, felkérésre írt cikket közöl.
A borítóképen Ivan Konsztantyinovics Ajvazovszkij Hajók a háborgó tengeren (1866) című festménye látható.
Forrás: elte.hu