Автоволны — самоподдерживающиеся волны в активных (содержащих источники энергии) средах. Термин в основном применяется к процессам, где волной переносится относительно малая доля энергии, необходимая для синхронизации или переключения активной среды. Простейшая повседневная модель автоволны — ряд костяшек домино, которые последовательно падают, если уронить крайнюю (принцип домино).
Представьте себе, что Вы встали на поле и поджигаете траву. Пока температура ниже порогового значения, трава не загорается. При достижении температуры воспламенения трава начинает гореть, выделяя при этом дым. Если дыма много, то процесс горения замедляется, а на некоторых участках прекращается вообще. Когда дым рассеивается, трава снова приобретает способность воспламеняться. В результате образуется фронт огня, который бежит по полю. При этом говорят, что возникла автоволна, — один из результатов самоорганизации в термодинамически активных неравновесных системах. Это самоподдерживающийся волновой процесс, существующий в нелинейных средах, содержащих распределенные источники энергии. Период, длина волны, скорость распространения, амплитуда и другие характеристики автоволны определяются исключительно локальными свойствами среды.
Кроме движения фронта горения к автоволновым процессам относятся колебательные химические реакции в активных средах (реакция Белоусова-Жаботинского), распространение импульса возбуждения по нервному волокну, волны химической сигнализации в колониях некоторых микроорганизмов, автоволны в сегнетоэлектрических и полупроводниковых пленках, популяционные автоволны, распространение эпидемий и генов, автоволна последовательного падения фишек домино и некоторые другие явления.
Рассмотрим двумерную активную среду, состоящую из элементов, каждый из которых может находиться в трех различных состояниях: покое, возбуждении и рефрактерности. При отсутствии внешнего воздействия элемент находится в состоянии покоя. В результате воздействия, когда концентрация активатора достигнет порогового значения, элемент переходит в возбужденное состояние, приобретая способность возбуждать соседние элементы. Через некоторое время после возбуждения элемент переключается в состояние рефрактерности, находясь в котором он не может быть возбужден. Затем элемент сам возвращается в исходное состояние покоя, снова приобретая способность переходить в возбужденное состояние.
Для компьютерного моделирования автоволн используют обобщенную модель Винера-Розенблюта.
Автоволны часто рассматриваются в химических и биологических системах. Примером химической реакции, создающей автоволну, является реакция Белоусова—Жаботинского.
Литература[]
- Жаботинский А. М. Концентрационные автоколебания, М.,1974
- В. В. ОСИПОВ Простейшие автоволны, Соровский образовательный журнал, http://journal.issep.rssi.ru/articles/pdf/9907_115.pdf
- Физическая энциклопедия т. 1 п/р А. М. Прохорова, М., Советская энциклопедия,1988, 704c.
- Васильев В. А., Романовский Ю. М., Яхно В. Г. Автоволновые процессы — М.: Наука, 1987. — 240 с.
- Заславский Г. М., Сагдеев Р. З. Введение в нелинейную физику: От маятника до турбулентности и хаоса. — М.: Наука, 1988. — 368 с.
- Лоскутов А. Ю., Михайлов А. С. Введение в синергетику: Учеб. руководство. — М.: Наука, 1990. — 272 с.
- Шелепин Л. А. Вдали от равновесия. — М.: Знание, 1987. — 64 с.
См. также[]
- Фазовая скорость
- Резонанс
- Стоячая волна
- Автоколебание