Исследовательская программа

Процесс - это последовательное изменение состояний некоторой системы. Другими словами - изменение, движение системы во времени. Движение может быть предсказуемым с высокой точностью (например, вращение планет вокруг Солнца), а может быть малопредсказуемым (например, изменение погоды). Есть системы, поведение отдельного элемента которой непредсказуемо, но свойства коллектива большого числа таких элементов при достаточном усреднении во времени можно описать с высокой точностью (например, распад радиоактивных ядер).

Знание закономерностей в ходе процессов, умение экстраполировать развитие событий эквивалентно предсказанию будущего. В сущности, наука и нужна людям для овладения этими знаниями и умениями. Мы научились очень точно вычислять время солнечных затмений и траектории ракет. Значительно хуже обстоит дело с предсказанием погоды, и совсем плохо - с предсказанием места и времени землетрясений. Это не позволяет предотвращать бедствия, вызываемые природными катаклизмами. Плохо прогнозируются процессы в сообществе людей, а это чревато социальными катастрофами. В "плохо прогнозируемых" системах сильные изменения могут происходить в результате очень слабого воздействия или даже без видимых причин, а бывает и так, что весьма сильные воздействия оказывают на ход процесса влияние незначительное.

С точки зрения практических потребностей очень важно понять закономерности "плохих" процессов, что позволило бы научиться прогнозировать ход событий или даже влиять на направление их развития, предотвращая возникновение нежелательных ситуаций. Однако, исследования процессов в атмосфере и гидросфере, а тем более в недрах Земли, оченьтрудоемки и дорогостоящи, а эксперименты над человеческим сообществом вообще недопустимы. Выходом может стать, во-первых, применение метода научной аналогии, т.е. исследование процессов в системах с похожими свойствами, но более доступных для изучения и, во-вторых, компьютерное моделирование.

Первая возможность открылась во многом благодаря работам С.Э.Шноля с сотрудниками, в которых было показано существование феномена, получившего название макроскопические флуктуации. В итоге многолетних лабораторных исследований было обнаружено, что во многих биохимических и физико-химических системах наблюдаются флуктуации параметров, характеризующих ход процессов, намного превосходящие ожидаемые. Величина такого рода флуктуаций очень изменчива, причем в наблюдаемых вариациях прослеживаются разнообразные ритмы, в том числе характерные для солнечной активности. Во многих таких системах зависимость спектральной плотности флуктуаций от частоты выражается законом 1/f. Такая же зависимость характерна для флуктуаций, обнаруженных в различных электронных приборах в области низких частот (1/f-шум, другое название - фликкер-шум).

Такой же спектр, а также разнообразная, в том числе космическая, ритмика характерны и для выше обозначенных "плохих" процессов. Это указывает на возможность использования доступных для лабораторных исследований систем с макрофлуктуациями (фликкер-шумом) для моделирования процессов в системах очень сложных и больших по масштабу.

Компьютерное моделирование открывает широкие возможности для исследований в неравновесной термодинамике, изучения хода процессов в нелинейных средах. Этот метод позволил понять множество явлений, казавшихся с позиций классических подходов необъяснимыми, "странными".

"Хорошо прогнозируемые" процессы интересны с научно-познавательных позиций. Анализируя малые отклонения движения планет от "идеальных" орбит, можно обнаружить неизвестные небесные тела. Исследование аномалий радиоактивного распада, возможно, позволит проникнуть в тайну скрытой материи, обнаружить неизвестные свойства пространства и времени.

Для проведения экспериментальных исследований изменчивости процессов лаборатория-кафедра располагает установкой, осуществляющей непрерывную регистрацию сигналов по 16 каналам в форме, доступной для компьютерной обработки. Записывается информация о фликкер-шуме в полупроводниковых устройствах, о скорости счета a и b радиоактивных источников, о частоте сигналов, генерируемых кварцевыми резонаторами. Кроме того, около установки регистрируется температура и радиационный фон. Имеются ряды данных с начала 1999 г., менее качественная информация - с 1983 г. Описание установки и ряды данных можно получить по электронной почте, обратившись по адресу По этому же адресу или по телефону 446-74-17 можно договориться о приобретении компакт-диска с рядами, описанием установки, программами для обработки и некоторыми работами А.Пархомова.

Для обработки результатов применяются как стандартные, так и специально разработанные программы. Имеется несколько публикаций, обобщающих полученные результаты (см. список литературы, раздел "Экспериментальные исследования флуктуаций").