Hétköznapi berendezések és rendszerek saját klímaváltozásai

Kitörő viharban a hajó fokozódó himbálózása az egyre nagyobb hullámok hatására, a legjobban hallható adó keresése a rádió gombjának tekerésével, az egyenetlen úton gyorsuló teherautó platóján a rakomány csúszkálása vagy a kikapcsolása után egyre lassabban forgó centrifuga tengelyének mozgása meglepő módon hasonlít a klímaváltozáshoz. Az MTA-ELTE Elméleti Fizikai Kutatócsoport közelmúltban megjelent tanulmánya azt írja le, hogy bizonyos esetekben az egyszerű rendszerekben zajló változásokat is lehet és érdemes klímaváltozásnak tekinteni, és csak a klímadinamika eszköztárát használva lehet érdemben megérteni.

2021. december 21.

A felsorolt példákban közös, hogy tulajdonságaik jelentős mértékben megváltoznak időbeli fejlődésük során. Az ilyen és hasonló jelenségek vizsgálatának fontosságára a klímaváltozás hívta fel a figyelmet, amellyel nap mint nap szembesülünk. A klíma megváltozásának hajtóereje a légköri szén-dioxid-tartalomnak és ezzel együtt a Föld átlaghőmérsékletének folyamatos növekedése. A bonyolult földi klíma kaotikus tulajdonságokat mutat, és ezért hosszabb távon előre jelezhetetlen. Ennek oka a kiindulási állapotokra való nagymértékű érzékenység (pillangóhatás), ezért a klímatudományban hasznos a lehetséges kezdőfeltételek sokaságának vizsgálatából nyert valószínűségi információ felhasználása. Emellett, az időben változó paraméterek miatt, hasznosnak bizonyult a kezdőfeltételek sokaságából induló lehetséges későbbi állapotok pillanatfelvételeinek vizsgálata is a klímaváltozás jellemzésében.

Ivan Konsztantyinovics Ajvazovszkij: Hajók a háborgó tengeren (1866) Forrás: wikimedia commons

Jánosi Dániel, az ELTE fizikus mesterszakos hallgatója, Károlyi György, a BME egyetemi tanára és Tél Tamás, az MTA-ELTE Elméleti Fizikai Kutatócsoport közreműködő kutatója és korábbi vezetője most megjelent cikkében megmutatta, hogy a fent említett, a klímatudományban napjainkra elterjedt módszerek segítségével érdemes vizsgálni olyan mérnöki eszközöket, amelyek időben változó paraméterű, egyszerű berendezéseknek tekinthetők. Ezek általában kaotikus viselkedésűek, de az eddig vizsgált esetekkel szemben
a káosz erőssége változik bennük. 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. A cikk szerzői különböző kezdőállapotokból indítják az egyes rendszerek másolatait, amelyek ugyanazon fizikai törvények szerint mozognak, majd az eredményeket pillanatfelvételeken tanulmányozzák. Az így előállított párhuzamos időfejlődések egymás mellé állítása adja a megfelelő valószínűségi leírást, amelyet a szerzők a „párhuzamos dinamikai időfejlődésekelméletének neveznek 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.

Az idei fizikai Nobel-díjat a klimatikus változások fizikai modellezéséért és
a komplex rendszerek vizsgálatáért adták, ami mutatja, hogy a fizikának központi szerepe van e kérdések megválaszolásában. Az éghajlatváltozáshoz hasonló folyamatok jóval egyszerűbb szerkezetük ellenére hétköznapi berendezésekben is előfordulhatnak, s ezek azok, amelyek felderítésére
a szerzők javaslatot tesznek. 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.