Читать онлайн «Программа-минимум по нелинейной динамике»

А. П. Кузнецов ПРОГРАММА-МИНМИУМ ПО ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ НЕЛИНЕЙНОЙ ДИНАМИКЕ 1  ВВЕДЕНИЕ Успехи механики в XVII-XIX веках были столь впечатляющими, что стало казаться возможным представить себе всю Вселенную как гигантскую динамическую систему. Эту позицию четко сформулировал Лаплас: «Состояние системы природы в настоящем есть, очевидно, следствие того, каким оно было в предыдущий момент, и, если мы представим себе разум, который в данное мгновение постиг все связи между объектами Вселенной, то он сможет установить соответствующие положения, движения и общие воздействия этик объектов в любое время в прошлом или будущем» (19776 г. ). Эта доктрина, получившая название лапласовского детерминизма, выразила в концентрированном виде идеал научного познания, каким он виделся в те времена. Понадобился длительный путь развития науки и научного мировоззрения (термодинамика и статистическая физика, квантовая механика), чтобы убедиться в несостоятельности такого представления о мире. И все же лапласовский детерминизм совсем недавно казался незыблемым для простых моделей типа осциллятора. Конец XX века привнес ощущение научной революции, сравнимой с возникновением собственно научного метода в эпоху Галилея. В центре внимания исследователей вновь оказались самые фундаментальные свойства окружающего мира: эволюция систем во времени и геометрия природы. Однако характер интереса к этим понятиям изменился. Картина мира стала переосмысляться, наполняясь новыми образами (катастрофы, бифуркации, хаос, фракталы). Весьма характерны в этом смысле слова нобелевского лауреата И. Пригожина: "Если в физике и химии где-то и существует простота, то заведомо не в микроскопических моделях. Она скорее кроется в идеализированных макроскопических представлениях, например, о простых движениях типа гармонического осциллятора". 2 Модели в виде осцилляторов, различных одномерных отображений и др. оказались во многом центральными объектами интенсивно развивающихся синтетических научных дисциплин, к которым относятся теория колебаний, теория бифуркаций, теория динамических систем, теория динамического хаоса и др. В 1963 г. американский метеоролог Э. Лоренц опубликовал статью «Детерминированное непериодическое течение», в которой обсуждались результаты численного исследования достаточной простой системы дифференциальных уравнений, моделирующих динамику жидкости при конвекции в подогреваемом снизу слое. Лоренц подверг полученные результаты тщательному и глубокому обсуждению, акцентируя внимание на связь между сложным поведением системы и присущей ей неустойчивости. Позднее это свойство пропагандировалось им как «эффект бабочки» (butterfly effect): в приложении к метеорологии взмах крыльев бабочки может через достаточно время повлечь существенное изменение погоды. Таким образом оказывается невозможно предсказать поведение даже простой системы. К настоящему времени соответствующие представления развиты настолько глубоко, что можно говорить о теории динамического хаоса – науке о «непредсказуемого» поведения простых динамических систем.