Új megközelítés az átbillenési folyamatok értelmezésében
Az ELTE TTK Elméleti Fizikai Tanszék MSc hallgatója, Kaszás Bálint és az MTA–ELTE Elméleti Fizikai Kutatócsoport vezetője, Tél Tamás, a Nature lapjában, a Scientific Reportsban jelentették meg legfrissebb eredményeiket, melyeket Ulrike Feudellel, az Oldenburgi Egyetem Tengerkémiai és Tengerbiológiai Intézet professzorával együttműködve értek el. A kutatók az ún. átbillenési vagy jellegváltó átmeneteket vizsgálták komplex rendszerekben. Napjainkban egyre nagyobb figyelem irányul az olyan rendszerekre, melyek időben változtatják tulajdonságaikat, tehát később megfigyelve már nem pontosan ugyanúgy viselkednek, mint korábban. A tudomány számos területén bukkannak fel ilyen rendszerek, melyekre példa lehet
- klímánk változása az üvegházhatású gázok növekvő légköri koncentrációja következtében
- az ökológiai egyensúly felbomlása a környezeti feltételek eltolódásakor
- a járványok jellegének változása a társadalmi, ill. higiénés körülmények módosulására
- mechanikai rendszerek, gépek működtetése változó feltételek mellett, pl. az anyagfáradás hatására.
Az ilyen rendszerek érdekes tulajdonsága, hogy adott jellegű viselkedésből az idő múlásával drámaian más típusú viselkedésbe válthatnak át. Az eddigi modellvizsgálatok azonban olyan speciális esetekre szorítkoztak csak, melyek kizárták a kaotikus, előre jelezhetetlen viselkedést.
A kutatók arra a kérdésre keresték a választ, hogy milyen átbillenések történhetnek az ilyen komplex, azaz káoszszerű, előre jelezhetetlen viselkedést mutató rendszerekben. A szerzők építettek a kutatócsoportnak a Scientific Reportsban tavaly megjelent eredményére, mely szerint a változó klímát újszerű módon, sokasági éghajlati szimulációkban érdemes vizsgálni, a párhuzamos klímák elméletét alkalmazva. Elképzelésük szerint nemcsak a klímában, hanem
minden komplex folyamatban, így az ökológiai egyensúly, a járványterjedés, és a gépek működtetése témakörben is érdemes párhuzamos időbeli történeteket elképzelni,
hiszen egyetlen történet sem a rendszer egyedüli lehetséges időfejlődése. A zajmentes mozgásegyenletek ellenére mindegyik történet csak bizonyos valószínűséggel fordul elő, s az egész folyamatról ilyenkor is sokasági szimulációkból nyerhetünk megbízható képet. Új megközelítésként ezért a szerzők azt javasolják, hogy az átbillenési eseményeknek is a valószínűségét érdemes megadni. Így tehát például egy faj kihalását, egy új típusú járvány elterjedését, egy gép tönkremenetelét nem feltétlenül tudjuk pontosan előre jelezni, ezen események jövőbeni bekövetkeztének valószínűsége azonban mindig pontosan megadható.
A kutatók állításukat grafikusan úgy illusztrálják, hogy megadják egy változó tulajdonságú rendszerben azokat a kezdőpontokat, melyek az eleinte egyetlen lehetséges végállapotra vezető esetből indulva három különböző végállapot valamelyikébe jutnak, melyeket három különböző színnel jelölnek.
Az ábrán a három különböző végállapotra vezető kezdőpontokat (a három végállapot vonzási tartományait) piros, kék és türkiz színnel jelölték. A bal oldali ábra olyan rendszert illusztrál, amely nem mutat kaotikus viselkedést, ezzel a korábbi vizsgálatokat példázza. A jobb oldalon az újszerű, általános tárgyalást megengedő eredmény látható. Itt a színes tartományok olyan mértékben összefonódtak, fraktálszerűek lettek, hogy egyes pontok sorsa nem jelezhető előre, ezért esetükben inkább az adott színű pontok összességéről, az átbillenés valószínűségéről érdemes beszélni.