Критические явления в автономных и связанных системах с удвоениями периода с шумом

Седова, Юлия Викторовна

Критические явления в автономных и связанных системах с удвоениями периода с шумом тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

Седова, Юлия Викторовна АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Саратов МЕСТО ЗАЩИТЫ

2004 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.03 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Критические явления в автономных и связанных системах с удвоениями периода с шумом»

Автореферат диссертации на тему "Критические явления в автономных и связанных системах с удвоениями периода с шумом"

На правах рукописи

Седова Юлия Викторовна

КРИТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В АВТОНОМНЫХ И СВЯЗАННЫХ СИСТЕМАХ С УДВОЕНИЯМИ ПЕРИОДА С ШУМОМ

01.04.03 - Радиофизика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Саратов - 2004

Работа выполнена в Саратовском государственном университете им. Н.Г. Чернышевского.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор Кузнецов А.П.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Вадивасова Т.Е.,

кандидат физико-математических наук Прохоров М.Д.

Ведущая организация: Нижегородский государственный университет

им. Н.И. Лобачевского

Защита состоится 1 июля 2004 г. в 12.00 на заседании диссертационного совета Д.212.243.01 по специальности "Радиофизика" при Саратовском государственном университете им. Н.Г. Чернышевского по адресу: 410012, Саратов, Астраханская, 83.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке СГУ.

Автореферат разослан мая 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, ,

кандидат физико-математических наук, Аникин В. М.

доцент

-iiotiZ

Актуальность заичн

В численных и натурных экспериментах для огромного количества самых разнообразных динамических систем, начиная с простейших моделей с дискретным временем (отображений) и заканчивая распределенными системами, наблюдается переход к хаосу через каскад бифуркаций удвоения периода. С появлением работ Фейгенбаума1 стало ясно, что проблема описания перехода к хаосу имеет не только качественный, но и количественный аспект. Системы, описываемые различными математическими моделями (дискретные отображения, дифференциальные уравнения, уравнения с запаздыванием и т.д.), различной физической природы (радиофизические, оптические, биологические и др.), если они относятся к одному определенному классу универсальности, вблизи порога хаоса демонстрируют свойства скейлинга, характеризующиеся одинаковыми универсальными скейлинговыми константами. Теоретическим инструментом для анализа таких свойств является метод ренормализа-ционной группы (РГ), впервые привнесенный в нелинейную динамику М. Фейгенбаумом в контексте перехода к хаосу через удвоения периода и затем развитый многими другими авторами в приложении к разным классам универсальности2.

Чтобы распространить концепцию универсальности и скейлинга на реальные системы или наблюдать скейлинговые закономерности в физическом эксперименте, необходимо учитывать влияние неизбежно присутствующего шума. Проблема изучения воздействия шумов на различные системы традиционно является одной из центральных в радиофизике, не только не утратившей своей актуальности, но привлекающей все большее внимание в связи с обнаружением новых явлений в системах с детерминированным хаосом и шумом3. Таким образом, логичной и своевременной является постановка вопроса, касающегося влияния шума на критическую динамику, связанную с различными классами универсальности.

' Feigenbaum M.J. // J. StaL Phys., 1978, vol.19, №1, p.25-52, Feigenbaum MJ. // J. Slat. Phys., 1979, vol.21, №6, p.669-706; Фейгснбаум M // УФН, 1983, т.141, №2, cip 343-374.

5 Chang SJ., Wortis M., Wright J.A. II Phys. Rev. A, 1981, vol.25, №5, p.2669-2684, Ни В , Rudmk J. // Phys. Rev. Lett., 1982, vol.48, №24, p 1645-1648, Shenker S J II Physica D, 1982, vol.5, p 405-411; Feigenbaum M.J., Kadanoff L.P., Shenker S.J. H Physica D, 1982, vol.5, p.370; Rand D., Osthrnd S., Sethna J, Siggia E D. HPhys Rev. Lett, 1982, vol.49, №2, p.132-135.

3 Pikovsky A, Rosenblum M, Kurths J. Synchronization Cambridge, 2001, 411 p; Аншценко B.C, Астахов B.B., Вадивасйаа T.E, Нейман А.Б, Стрелкова Г И., Шиманский-Гайер Л Нелинейные эффекты ■ хаотических и стохастических системах. Москва-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2003,544 cip ' Cmtchfield J.P, Nauenberg M„ Rudnik J. И Phys Rev Lett, 1981, vol 46, №14, p 933-935; Shraunan В., Wayne

PO(. » ' !-\ЛЬНАЯ

r ■ I KA

-pr

линговые закономерности, связанные с влиянием шума в фейгенбаумовском классе универсальности Были предприняты аналогичные исследования и получены константы скейлинга для перемежаемости5 и квазипериодической динамики6 в диссипативных системах, а также для удвоений периода7 и разрушения КАМ-тора* в гамильтоновых системах Стоит отметить, что константа Кратчфилда и Шраймана по-видимому, имеет более фундаментальное значение, поскольку появляется в задачах о квантовом хаосе как константа перенормировки постоянной Планка при изучении свойств квантовой системы, демонстрирующей переход в классическом пределе к системе с удвоениями периода®

В контексте многопараметрического анализа перехода к хаосу, критичность определенного типа может иметь место на некоторых поверхностях, кривых или точках в пространстве параметров. РГ анализ - неоценимый инструмент для поиска, изучения и классификации критических ситуаций. Их коразмерность определяется числом соответствующих неустойчивых собственных векторов линеаризованного уравнения РГ В последнее время было обнаружено множество типов критического поведения, связанных с удвоениями периода, каждый из которых допускает описание в духе теории Фейгенбаума10 Если сценарий Фейген-баума является типичным однопараметрическим феноменом, то эти новые типы поведения наблюдаются при вариации двух и более параметров Часть из них встречается в одномерных отображениях, а некоторые характерны лишь для многомерных систем Таким образом, возникает проблема исследования воздействия шума на системы, демонстрирующие эти многопараметрические варианты перехода к хаосу.

Объектами исследования будут служить одномерные отображения и системы связанных отображений. К настоящему времени отображения" стали популярными и эффектными моделями для исследования различных радиофизических систем и систем другой природы, таких как, например, нелинейный колебательный контур12; модель Улама, предложенная для объяснения механизма стохастического ускорения космических частиц Ферми13; кольцевой оптический резонатор со средой с фазовой нелинейностью, возбуждаемый лазером14; колеба-

5 Hirsch J.E, Hubemum В А, Scalapino DJ// Phys Rev A, 1981, vol.25, p 519; Hirsch J E, Nauenberg M., Scalap-ino D.J II Phys. Lett. A, 1982, vol.87, p.391; Heitmann J P, Thomas L , Wittwer P. II J Phys A, 1981, vol 14, p.182-190

6 Hamm A, Graham R. // Phys. Rev. A, 1992, vol 46, №10, p 6323-6333.

7 Györgyi G., Tishby N. // Phys Rev Lett, 1987, vol 58, №6, p 527-530

' Györgyi G., Tishby N. // Phys. Rev. Lett., 1989, vol 62, №4, p.353-356

' Graham R И Phys Rev Lett, 1989, vol 62, №15, p 1806, Grempel D R , Fishman S , Prange RE// Phys Rev Lett, 1984, vol.53, №13, pp. 1212-1215.

10 Kuznetsov A P, Kuznetsov S P., Sataev I.R. // Physica D, 1997, vol 109, p 91-112.

" Неймарк Ю.И Метод точечных отображений в теории нелинейных колебаний М " Наука, 1972

12 Безручко Б П., Прохоров М Д, Селезнев Е.П // Письма в ЖТФ, 1994, том 20, вып. 11, стр 78-82

13 Лихтенберг А, Либерман М Регулярная и стохастическая динамика. М ' Мир, 1984

" Ikeda К, Daido Н, Akunoto О И Phys Rev Lett, 1980, vol 45, №9, р 709-712

тельные химические реакции15; динамика биологических популяций и т.д. Благодаря методу сечений Пуанкаре отображения применяются и для анализа радиофизических систем, описываемых дифференциальными уравнениями (например, генератор с инерционной нелинейностью16 и др ). Мы будем использовать одномерные отображения достаточно общего вида, допускающие разложение в ряд Тейлора. В зависимости от числа членов, оставленных в разложении, возникают одно-, двух- и трехпараметрические модели. Они оказываются достаточно универсальными, что находит свое выражение в картине колебаний, бифуркаций и перехода к хаосу, описываемых ими. Модели демонстрируют легкоузнаваемые "объекта" на плоскости параметров (точки сборки, линии складок, линии удвоений, каскады бифуркаций, известные как crossroad area "композиции" бифуркаций17 и т.д ). Сценарии перехода к хаосу для такой многопараметрической системы отображений могут быть классифицированы по числу существенных параметров (коразмерности), как и в теории бифуркаций, причем, первую "строку" в такой классификации занимает однопараметрический сценарий Фейгенбаума. При этом увеличение числа учтенных членов ряда Тейлора приводит к увеличению числа экстремумов отображения, возникновению точек перегиба, что является весьма существенным в классификации сценариев (типов критического поведения) на пороге хаоса10 Рассмотрены также модели в виде связанных логистических отображений и дифференциальная система связанных неавтономных нелинейных осцилляторов

Деяь работы состоит в исследовании влияния шума и выявлении связанных с ним свойств универсальности и скейлинга для динамических систем, которые характеризуются наличием перехода к хаосу через последовательность бифуркаций удвоения периода. Научная новизна работы

• Предложен численный метод, позволяющий определять скейлинговые константы шума для отображений с удвоениями периода, принадлежащих различным классам универсальности, и допускающий обобщение на многомерный случай. Метод имеет то преимущество, что собственно уравнение РГ решать не требуется; при этом получаемая точность приемлема для компьютерных (а, тем более, натурных) иллюстраций свойств скейлинга на большом количестве уровней иерархии.

• Даны иллюстрации масштабного самоподобия (скейлинга) в присутствии шума для одномерных отображений с одним, двумя и тремя управляющими параметрами. Продемонстрирован скейлинг на бифуркационных деревьях, графиках ляпуновского показателя, картах ляпуновского показателя.

" Fenem A, Rahman NK. // Chem Phys., 1988, vol 119, p275-288, Kuramolo Y // Spnnger sénés m Synergetics, Springer, Berlin, 1984, vol 19, p 130

1 Аншценко В С Сложные колебания в простых системах M Наука, 1990,312 стр " Mira С , Carcasses J Шт. J of Bifurcation and Chaos, 1991, vol 1, №3, p 641-655

• Развит ренормгрупповой анализ влияния шума на бикритическое поведение системы двух связанных логистических отображений с однонаправленной связью. Найдена новая универсальная постоянная цв - 2.713695..., определяющая правило пересчета интенсивности шума во второй подсистеме

• Показано, что пространство управляющих параметров связанных неидентичных логистических отображений характеризуется наличием критических точек коразмерности два (так называемый С - тип критичности), которые представляют собой концевые точки фейгенбаумовских линий Также отмечено определенное сходство между сложным устройством дискретной (два связанных неидентичных квадратичных отображения) и потоковой (два связанных неидентичных осциллятора Дуффинга под внешним гармоническим воздействием) систем.

• Представлены иллюстрации скейлинга на картах ляпуновского показателя для двух связанных идентичных квадратичных отображений под воздействием шума с двумя разными типами связи- диссипативным и инерционным. Показано, что в этом случае связанных подсистем константой перенормировки интенсивности шума является универсальная постоянная Кратчфилда и Шраймана ц^, которая была предложена для одного автономного отображения4.

Достоверность научных выводов работы подтверждается согласованностью и воспроизводимостью всех данных, а также хорошим совпадением результатов, полученных методом ренормализационной группы и компьютерными иллюстрациями масштабного подобия (скейлинга).

Основные положения, выносимые на защиту

1 Результаты работы выявили количественные закономерности, связанные с воздействием шума на системы с хаотической динамикой вблизи различных типов точек перехода к хаосу через удвоения периода Системы, описываемые двух- и трехпараметри-ческими отображениями с шумом, вблизи соответствующих критических точек перехода порядок-хаос демонстрируют свойство самоподобия (скейлинга) на бифуркационных деревьях, графиках и сечениях пространства параметров в виде карт ляпуновского показателя с константами = 8 2439, ц? = 10 0378, ця = 11 5937, ответственными за пересчет амплитуды шума.

2. Результаты полученного в работе ренормгруппового анализа для системы двух связанных отображений с однонаправленной связью в присутствии шума показывают, что характерному для такой системы случаю бикритической динамики отвечает новая

универсальная постоянная цв = 2.713695..., определяющая правило пересчета интенсивности шума.

3. Устройство пространства управляющих параметров двух неидемичных связанных логистических отображений характеризуется наличием критических точек коразмерности два, известных как С - тип критичности. Для идентичных связанных логистических отображений с шумом пространство управляющих параметров (параметр нелинейности, константа связи, амплитуда шума) демонстрирует свойство скейлинга. Научно-практическая значимость работы. Рекомендации по использованию научных выводов

Результаты работы, связанные с возможностью вычисления констант шума с помощью предложенного численного метода, открывают перспективы по исследованию влияния флуктуаций и демонстрации скейлинговых свойств для типов критической динамики, как связанных с переходом к хаосу через последовательность удвоений периода, так и для других известных сценариев.

Результаты ренормгруппового анализа бикригичностн дают возможность количественного описания влияния шума на связанные системы различной природы с однонаправленной связью. Можно ожидать, что для оставшихся за рамками настоящей работы типов критичности на пороге перехода порядок-хаос также возможно ренормгрупповое описание, учитывающее влияние шума.

Установленное свойство скейлинга в системах с шумом и найденные константы шума позволяют оценивать число удвоений, для которых традиционная картина перехода к хаосу окажется разрушенной. В тоже время можно рекомендовать проведение специальных экспериментов, нацеленных на проверку обнаруженных закономерностей, которые требуют, однако, использование специальных генераторов шума с регулируемым его уровнем.

Результаты исследования системы неидентичных связанных отображений и связанных нелинейных осцилляторов выявили тонкую картину бифуркаций в области сосуществования двух разных сценариев перехода к хаосу - через каскад бифуркаций удвоения периода и через разрушение квазипериодического режима. Обнаружено, что такой переход в связанных системах может ассоциироваться с типом критичности, известным, как С - тип. В силу универсальности, присущей критической динамике, следует ожидать, что в системах различной природы с подобным типом связи может наблюдаться аналогичная картина бифуркаций, включая соответствующую тонкую картину на глубоких уровнях иерархии в непосредственной окрестности критической точки.

Результаты работы использованы в учебном процессе на факультете нелинейных процессов Саратовского госуниверситета.

Апробация работы и публикации Результаты работы были представлены на VI международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоно-сов-99" (Россия, Москва, 1999), международной школе для молодых ученых и студентов по оптике, лазерной физике и биофизике (Россия, Саратов, 1999), VII Всероссийской школе -семинаре "Волновые явления в неоднородных средах" (Красновидово Московской области, 2000), международной межвузовской конференции "Современные проблемы электроники и радиофизики СВЧ" (Россия, Саратов, 2001), четвертом международном симпозиуме по классической и небесной механике (Россия, Великие Луки, 2001), IX международном симпозиуме "Nonlinear dynamics and complex systems" (Республика Беларусь, Минск, 2001), шестой международной школе "Хаотические автоколебания и образование структур" (Россия, Саратов, 2001), международной конференции по синхронизации хаотических и стохастических колебаний (Приложения в физике, химии, биологии и медицине) "Synchro-2002" (Россия, Саратов, 2002), ежегодных Всероссийских научных школах - конференциях "Нелинейные дни в Саратове для молодых" (Саратов, 1998, 1999, 2000, 2001, 2003), конференциях молодых ученых и аспирантов научно-образовательного центра "Нелинейная динамика и биофизика" СГУ (Саратов, 2002,2003,2004).

По теме диссертации имеется 17 публикаций (5 статей в российских и зарубежных реферируемых журналах, 7 статей в сборниках трудов научных конференций, 5 тезисов докладов).

Результаты работы получены в рамках (рантов Российского фонда фундаментальных исследований (№ 96 - 15 - 9692, 97 - 02 - 16414, 00 - 02 - 17509, 03 - 02 - 16074, в том числе персонального гранта для молодых исследователей № 01 - 02 - 06388, Американского фонда гражданских исследований и развития CRDF (№ REC - 006), Эйлеровой программы (совместно с группой профессора А Пиковского, университет Потсдама, Германия), Министерства общего и профессионального образования (№ 97 - 0 - 8 3 - 8 8), Федеральной целевой программы "Интеграция" (№ 696 3, проект А0057) и фонда некоммерческих программ "Династия" при содействии Международного центра фундаментальной физики в Москве.

Личный вклад автора В совместных работах автором выполнено программирование всех задач и проведены численные эксперименты Формулировка поставленных задач, выбор моделей, а также объяснение и интерпретация полученных результатов проведено совместно с научным руководителем и соавторами. В работе [5] автору принадлежит п 5

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, 3-х глав и заключения. Работа содержит 158 страниц текста, включая 70 рисунков, 3 таблицы, список литературы из 109 наименований на 11 страницах.

Краткое содержание работы

Во введении обсуждается актуальность работы, формулируется цель исследования, научная новизна и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе в п. 1.1 дан обзор основных свойств логистического отображения -базовой модели для изучения перехода к хаосу по сценарию Фейгенбаума:

^„tl=l-/Ur.J, (1)

где Хя - значения динамической переменной в дискретные моменты времени и = 0,1,2...; X - управляющий параметр. Обсуждается устройство бифуркационного дерева и графика ля-пуновского показателя логистического отображения, дано определение скейлинга (масштабной инвариантности), представлено краткое изложение метода ренормализационной группы в отсутствие шума

Затем ставится задача о воздействии шума: чтобы количественно учесть действие случайных возмущений, в уравнение (1) вводится дополнительное слагаемое

Х,н=1-ЛХ2н+е4,, (2)

глее - амплитуда шума, £„ - случайная последовательность (дискретный белый шум). Показано, что из-за флуктуаций свойство самоподобия перестает выполняться; представлен простой способ вывода уравнения РГ с шумом, впервые полученного Кратчфилдом с соавторами4. Дано определение универсальной константы шума ц - величины, показывающей, во сколько раз необходимо уменьшать амплитуду шума для того, чтобы скейлинг наблюдался при переходе на следующий уровень иерархической структуры. В случае фейгенбаумовского типа динамики такая константа есть ¡if - 6.61903 (см. сноску 4). В численных экспериментах продемонстрировано, что свойство скейлинга является универсальным по отношению к выбору типа шумового воздействия.

Описаны существующие методы" оценки констант ц для унимодальных отображений вида Х,^ = 1 - ЛХ* + , где р - порядок локального максимума функции f(x) = 1 - XXе или иначе степень экстремума. Предложен оригинальный метод поиска таких констант, опирающийся на идеи ренормгруппового анализа. Проведены расчеты с достаточной для иллюстраций скейлинга точностью фактора перенормировки интенсивности шума для отображений с четными степенями экстремумов: ¡if - 6.6190365 для р = 2, цг = 8.2439 для р = 4, us = 10.0378 дляр = 6 яцЕ= 11.5937 для р = 8.

Фейгенбаумовский сценарий является однопараметрическим, то есть имеет коразмерность один. Естественным продолжением исследований является переход к ситуациям более

" Crutchfield J Р , Farmer J D , Huberman В A // Phys Rep, 1982, vol 92, №2, p 45-82; Argoul F, Ameodo A, Collet P, Leslie A // Europhys Lett, 1987, vol 3, №6, p 643-651

высокой коразмерности, то есть характеризующимся большим числом существенных параметров.

В качестве базового объекта для исследований одномерной двухпараметрической системы в присутствии шума выбрано кубическое отображение

(3)

На его примере дано определение удобному представлению плоскости параметров в виде карт ляпуновского показателя Показано, как меняется структура таких карт с увеличением интенсивности добавленного шума. На линии отображения экстремума в экстремум в пространстве параметров кубического отображения наблюдается нефейгенбаумовский каскад удвоений периода, сходящийся к так называемой трикритической точке коразмерности два, являющейся одновременно концевой точкой фейгенбаумовской линии перехода к хаосу. При наложенном условии отображения экстремума в экстремум двукратно проитерированное кубическое отображение имеет экстремум четвертого порядка Свойство самоподобия в окрестности трикритической точки на ляпуновской карте, бифуркационном дереве и графике ляпуновского показателя под воздействием шума продемонстрировано с помощью универсальных трикритических констант, дополненных фактором перенормировки амплитуды шума цт = 8.2439, характерным для унимодальных отображений со степенью экстремума 4. В качестве примера рассмотрен нелинейный осциллятор под действием периодической последовательности импульсов со случайной модуляцией амплитуды или периода воздействия Для такой системы приближенно получено одномерное отображение с шумом, и продемонстрирован скейлинг в присутствии шума вблизи одной из трикритических точек.

В качестве системы с тремя параметрами рассмотрено модельное трехпараметриче-ское отображение под действием шума

Х^ = 1-аХ1-ЬХ:-сХя+е^. (4)

В пространстве параметров отображения (4) выделяют четыре особые кривые, вдоль каждой из которых соблюдаются определенные правила отображений друг в друга экстремумов и точек перегиба и реализуются нефейгенбаумовские каскады удвоений периода10 Эти каскады приводят к критическим точкам перехода порядок-хаос коразмерности три, известных как типы критичности Т, Бг, Е Двух- и трехкратно проитерированное трехпараметриче-ское отображение вдоль этих линий ведет себя как унимодальное с порядком экстремума 4,6 или 8; то есть, скейлинг в присутствии шума при движении по кривым можно продемонстрировать, используя уже вычисленные в данной работе консгангы шума цт, ¡1$ и Не. Приведены компьютерные иллюстрации свойства самоподобия карт динамических режимов и карт ляпуновского показателя, бифуркационных деревьев и графиков ляпуновского показателя

для двух случаев' отсутствия и наличия шумового воздействия Пример свойства скейлинга на карте ляпуновского показателя системы (4) с шумом при движении вдоль кривой ¿ь для которой квадратичный экстремум отображается в кубическую точку перегиба, приведен на рис 1 При переходе к каждому увеличенному фрагменту, помимо пересчета масштаба по осям параметров в характерные для -типа критичности 81 = 9.2962, вг = 4 6409 и 5з = 2.1543 раз, производилось также уменьшение интенсивности шума е в 10.0378 раз.

Во второй главе рассматривается система двух однонаправлено связанных логистических отображений под воздействием шума

x^x-utl+r,.,

Y^=l-AY;-BXl + e4n.

(5)

Здесь X и У - переменные состояния первой и второй подсистем соответственно, X и А -управляющие параметры, отвечающие за удвоения в каждой из подсистем, В - параметр связи, у и е - параметры, характеризующие интенсивность добавленного источника шума в каждой из парциальных систем Отображение (5) относится к интересному классу динамических моделей, описывающих так называемую бикритическую динамику", которая реализуется тогда, когда Рис.1 Иллюстрация скейлинга на карте ляпуновского показателя отображения (4) в подбором параметров обе подсистемы одно-

сечении различными плоскостями вблизи временно достигают порога хаоса. Обнару-критической точки типа 5ь исходная амплитуда шума £ = 0 0005. Использована специ- жен0> что «4™ в первой (управляющей) под-

альная криволинейная система координат системе значительно сильнее влияет на раз-

(СьС2,С3)

рушение скейлинговых свойств, чем шум во второй (управляемой) подсистеме. Показано, как по мере увеличения интенсивности шума разрушается структура карты Ляпунова, фазового портрета бикритического аттрактора, спектра Фурье.

" Безручко Б.П., Гуляев Ю В , Кузнецов С.П , Селезнев Е П. II ДАН СССР, 1986, т 287, №3, стр.619-622, Кузнецов СП// Известия вузов Радиофизика, 1990, т 33, №7, стр 788-792, Kim S Y // Phys Rev Е, 1999, vol 59, №6, р 6585-6592.

Дано обобщение на двумерный случай представленного в первой главе численного метода по определению констант шума, что позволило дать достаточно точную оценку универсальной постоянной цв для бикритичности. Развит ренормгрупповой подход для анализа бикритического поведения в присутствии шума - получено уравнение РГ, которое имеет следующий вид:

тш^-шш

т&г)

здесь *¥(Х, Г) - собственная функция линейного функционального уравнения, 0 = цв1 - самое большое собственное значение, ^Х) иДХ, У) - универсальные функции, относящиеся к неподвижной точке решения уравнения РГ без шума, а=- 2.502908, 0 = - 1.505318. Численное решение полученного уравнения в виде полиномов по переменным X и У позволяет построить график собственной функции *Р(Х, У) (рис.2) и дает возможность с высокой точностью найти значение констакгы шума цв = 2.713695, которая определяет правило изменения амплитуды шумового воздействия и позволяет наблюдать свойство масштабной инвариантности в данном классе универсальности.

Получены также разнообразные графические иллюстрации свойства скейлинга в

Рис.2 График собственной функции Ч>(Х, У) присутствии шума (например, рис.3 демон-уравнения РГ для бикритического поведения стрирует скейлинг на фазовом портрете

бикритического аттрактора).

в присутствии шума

-0.Ю X 110

Рис.3 Скейлинг системы связанных логистических отображений с однонаправленной связью (5) под воздействием шума с исходной амплитудой у=0,г = 0.01 на фазовом портрете бикритического аттрактора При переходе к каждому увеличенному фрагменту в определенное число раз менялся масштаб по осям X и У, и в цв раз уменьшалась интенсивность шума г

I *

(6)

1.5

б)

X, \

0.9

В третьей главе обсуждается устройство плоскости управляющих параметров Хг) системы двух неидентичных связанных логистических отображений

К, =Л2-г„2+£(У„-ХЛ

где X, У - динамические переменные, Х|, \> - параметры, отвечающие за удвоения,е - параметр связи Установлены тонкие детали устройства области параметров, где встречаются два

разных сценария перехода к хаосу - через каскад бифуркаций удвоения периода и через разрушение квазипериодического движения Проиллюстрировано, как по мере увеличения параметра связи трансформируется картина языков синхронизации (рис 4) Представлены как соответствующие карты динамических режимов, так и конфигурация бифуркационных линий и точек Показано, что терминальные точки коразмерности два, в которых мультипликаторы отображения одновременно

равны +1 и -1, накаплива-Рис.4 Карты динамических режимов системы (6) на плоско, , ... _______„ч „ _ п - ются к критической точке,

ста (а.2, при увеличении параметра связи е : г)е = 0.3, к

б)е = 0 38, в)е = 0.4, г)е = 0 425, д)е = 0 44, е) е = 0 49. известной ранее для фор-Цифрами на рисунке указаны области существования цик-

мального модельного ото-

лов основных периодов

бражения как С - тип критичности20.

О 9|

1.5

20 Китеаот Э Р., Байеу I Я. // РИу; Лет £, 2001, уо1 64, №4,046214(7 равев)

Для потоковой системы двух неидентичных связанных осцилляторов Дуффинга под воздействием гармонического сигнала

^4- + Г—+Х+Х'+е(Х-Г)=Ас<я(<я),

■ * Ш (7)

^+Г + У +4х-Х)= в<ж{сл\ . л л

(X, У - динамические переменные, у- параметр затухания,г - параметр связи, А, В - амплитуда внешнего воздействия в первой и второй подсистемах соответственно, « - частота внешнего воздействия) построены карты динамических режимов на плоскости (А, В) для различных значений параметра связи Показано, что в этой системе также сосуществуют два сценария перехода к хаосу, но имеются свои особенности и отличия по сравнению с рассмотренной дискретной системой неидентичных связанных логистических отображений (6).

Также исследована динамика в присутствии шума системы двух идентичных связанных квадратичных отображений с разными типами связи: диссипативным и инерционным.

00000 С 0017

Рис.5 Скейлинг на карте ляпуновского показателя для системы двух связанных логистических отображений с инерционной связью (9) на плоскости "амплитуда шума - параметр удвоений". Параметр связи фиксирован: Бг = 0.01

Модель с чисто диссипативной связью выглядит следующим образом:

К., = I - ¿К1 + е,я(кг - .

а модель с чисто инерционной связью можно реализовать специальным подбором коэффициентов

где X, Y - переменные состояния, X - параметр, отвечающий за удвоения, eij2 - параметры связи, s - интенсивность шума Показано, что для обоих типов связи имеет место скейлинг в различных сечениях пространства управляющих параметров ("параметр связи - параметр удвоений" при амплитуде шума, отличной от нуля, "параметр связи - амплитуда шума", "амплитуда шума - параметр удвоений"); представлены соответствующие иллюстрации на картах ляпуновского показателя (рис 5) Причем, константой перенормировки интенсивности шума в этом случае является универсальная постоянная ¡iF, вычисленная ранее для одного автономного отображения.

Основные результаты и выводы

1. Предложен оригинальный численный метод, который позволяет определять константу перенормировки интенсивности шума для отображений, демонстрирующих переход к хаосу через последовательность удвоений периода Метод допускает обобщение на многомерный случай С помощью этого метода оценены константы шума для унимодального отображения со степенью экстремума четыре: рт ~ 8.2439, шесть: fis = 10.0378 и восемь: /¿£=11.5937.

2 Рассмотрена динамика кубического отображения в присутствии шума При движении вдоль особой кривой на плоскости параметров двукратно про итерированное кубическое отображение ведет себя как унимодальное со степенью экстремума 4, поэтому свойства скейлинга под действием шума возможно проиллюстрировать с использованием константы Ит Представлен двумерный скейлинг на карте ляпуновского показателя, бифуркационных деревьях и графике ляпуновского показателя Рассмотрен нелинейный осциллятор под действием периодической последовательности импульсов со случайной модуляцией амплитуды или периода воздействия Для такой системы приближенно получено одномерное отображение с шумом и продемонстрирован скейлинг в присутствии шума вблизи одной из трикритических точек

=1 -*Х\+Хег ■ 0.088-[х* - У/)+ е2(У,-*.)+«?.. = 1 0.088■ (г„2 -X?)+ г2(Хп - Г> «/„

(9)

3. Выявлены свойства универсальности и скейлинга для трехпараметрического отображения под воздействием шума Показано, что вдоль особых линий в пространстве параметров скейлинг с шумом можно пронаблюдать, используя надлежащий пересчет значения амплитуды шума на константы цт, ця и дя Приведены иллюстрации свойства скейлинга.

4. Рассмотрена динамика системы двух связанных квадратичных отображений с однонаправленной связью под влиянием шума, демонстрирующая так называемое бикри-тическое поведение Показано, как влияет увеличение интенсивности шума на структуру карты ляпуновского показателя, спектр Фурье, фазовый портрет бикритического аттрактора Проведено обобщение оригинального численного метода на двумерный случай, с его помощью получено приближенное значение константы шума для динамики бикритического типа. Развит ренормгрупповой подход для анализа бикритического поведения в присутствии шума, получено уравнение РГ. Его численное решение позволило с высокой точностью найти значение константы шума Цв = 2.713695. Продемонстрирован скейлинг под влиянием флуктуаций вблизи бикритической точки на карте ляпуновского показателя, бифуркационном дереве, графике ляпуновского показателя.

5. Изучено устройство плоскости управляющих параметров двух неидентичных связанных логистических отображений Показано, как по мере увеличения параметра связи трансформируется картина языков синхронизации на карте динамических режимов системы. Детально изучена область на плоскости параметров, где наблюдается сосуществование двух различных сценариев перехода к хаотической динамике - через удвоения периода и разрушение квазипериодического режима. С помощью бифуркационного анализа показано, что в такой системе неидентичных связанных логистических отображений имеет место специфический С - тип критичности Проведено сравнение устройства плоскости параметров двух неидентичных связанных квадратичных отображений и двух неидентичных связанных осцилляторов Дуффинга под гармоническим воздействием; отмечено определенное сходство и выявлены различия.

6. Исследовано воздействие шума на поведение системы двух идентичных связанных логистических отображений с двумя типами связи' диссипативным и инерционным Показано, что скейлинг в присутствии шума можно наблюдать при пересчете интенсивности шума на константу Цг, которая была определена ранее для автономной несвязанной системы. Приведены иллюстрации, подтверждающие наличие свойств универсальности и скейлинга в системе двух связанных логистических отображений на картах ляпуновского показателя в различных сечениях пространства параметров ("па-

раметр связи - параметр удвоений", "параметр связи - амплитуда шума", "амплитуда шума - параметр удвоений") как в случае диссипативной, так и в случае инерционной связи.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах"

1 Kapustina Julia V., Kuznetsov Alexandr P, Kuznetsov Sergey P, Mosekilde Erik Scaling properties of bicritical dynamics in unidirectionally coupled period-doubling systems in presence of noise Phys. Rev E, 2001, vol 64, №6,066207 (12 pages)

2. Kapustina J.V, Kuznetsov A.P. Scaling in the presence of an external noise in discrete systems with period-doublings. Nonlinear Phenomena in Complex Systems, 2002, vol 5, №2, p.181-187

3 Гуляев Ю.В , Капустина Ю В., Кузнецов А П , Кузнецов С.П О свойствах скейлинга при воздействии одной системы с удвоениями периода на другую при наличии шума. Письма вЖТФ, 2001, том 27, вып 22, стр 58-65.

4 Кузнецов А П, Капустина Ю В Свойства скейлинга при переходе к хаосу в модельных отображениях с шумом Известия вузов Прикладная нелинейная динамика, 2000, том 8, №6, стр.78-87.

5. Kuznetsov A.P, Turukina L V., Savin A V, Sataev I.R., Sedova J V, Milovanov S V Multi-parameter picture of transition to chaos fzvestiya VUZ. Applied Nonlinear Dynamics (Saratov), 2002, vol.10, №3, p.80-96.

6 Капустина Ю В. Свойства бифуркационного дерева диссипативных и консервативных систем в отсутствие и в присутствии шума Сборник тезисов докладов VI Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов - 99", секция "Физика", издательство физического факультета МГУ, 1999, стр.83-84.

7 Кузнецов А П., Капустина Ю В. Скейлинг одно- и двумерных отображений, демонстрирующих удвоения, обусловленный внешним шумом. Труды Всероссийской школы-семинара "Волновые явления в неоднородных средах", ООП Физ.ф-та МГУ, 2000, том 1, стр.23-24.

8. Капустина Ю.В. Удвоения периода в системах с двумя и тремя параметрами с шумом. Материалы международной межвузовской конференции "Современные проблемы электроники и радиофизики СВЧ", Саратов: Изд-во ГосУНЦ "Колледж", 2001, стр.8284.

21 До февраля 2002 г Седова Ю В носила фамилию Капустина

9. Kapustina J.V., Kuznetsov A P. Scaling in the presence of external noise for systems with two and three parameters. Abstracts of the international conference "Progress in nonlinear science", University of Nizhny Novgorod, 2001, p.244-246.

10. Капустина Ю.В., Кузнецов А.П. Универсальность и скейлинг на пороге хаоса в системах с шумом. Удвоения периода и их многопараметрические обобщения. Тезисы докладов шестой международной школы "Хаотические автоколебания и образование структур", Саратов: Изд-во ГосУНЦ "Колледж", 2001, сгр.77-78.

11. Капустина Ю.В, Кузнецов А.П., Кузнецов С.П. Воздействие шума на динамические системы у порога возникновения хаоса. Тезисы докладов четвертого международного симпозиума по классической и небесной механике, Москва - Великие Луки, 2001, сгр.80-81.

12. Капустина Ю.В. Скейлинг на бифуркационном дереве в отсутствии и в присутствии шума. "От порядка к хаосу": Сборник трудов лаборатории "Теоретическая нелинейная динамика", Саратов: Изд-во ГосУНЦ "Колледж", 1998, стр.7-15.

13. Капустина Ю.В. Скейлинг на бифуркационном дереве в отсутствие и в присутствии шума. Сборник "Нелинейные дни в Саратове для молодых-98: материалы научной школы-конференции", Саратов: Изд-во ГосУНЦ "Колледж", 1998, стр.69.

14. Капустина Ю.В. Скейлинг на бифуркационном дереве в отсутствие и в присутствии шума. Фейгенбаумовская и трикригическая динамика. Сборник "Нелинейные дни в Саратове для молодых-99■ материалы научной школы-конференции", Саратов: Изд-во ГосУНЦ "Колледж", 1999, сгр.26-29.

15. Капустина Ю.В. Свойства скейлинга модельных отображений с шумом. Сборник "Нелинейные дни в Саратове для молодых-2000: материалы научной школы-конференции ", Саратов: Изд-во ГосУНЦ "Колледж", 2000, стр. 123-126.

16. Капустина Ю.В. Свойства скейлинга в системах под воздействием шума Сборник "Нелинейные дни в Саратове для молодых-2001: материалы научной школы-конференции", Саратов: Изд-во ГосУНЦ "Колледж", 2001, стр.30.

17. Седова Ю.В. Динамика у порога перехода порядок-хаос в неидентичных связанных системах с удвоениями периода Сборник "Нелинейные дни в Саратове для молодых-2003: материалы научной школы-конференции", Саратов: Изд-во ГосУНЦ "Колледж", 2003, сгр.167-170.

Седова Юлия Викторовна

КРИТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В АВТОНОМНЫХ И СВЯЗАННЫХ СИСТЕМАХ С УДВОЕНИЯМИ ПЕРИОДА С ШУМОМ

Автореферат

Лицензия № 020773 от 15.05.98. Подписано к печати 26.05.04. Формат 60x84 1/16. Бумага «Снегурочка». Гарнитура Times Усл. печ. л. 1,16 (1,25). Тираж 100 экз. Заказ 336.

Издательство ГосУНЦ «Колледж» 410026, Саратов, ул. Астраханская, 83.

РНБ Русский фонд

2006-4 13042

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Седова, Юлия Викторовна

Введение.

Глава 1. Критические явления в автономных системах с удвоениями периода в присутствии шума.

1.1 Логистическое отображение как универсальная модель од-нопараметрической динамики (обзор основных свойств).

1.1.1 Бифуркационное дерево.

1.1.2 График ляпуновского показателя.

1.1.3 Уравнение РГ, константы Фейгенбаума.

1.1.4 Скейлинг на бифуркационном дереве и на графике ляпуновского показателя.

1.2 Шум в системах с удвоениями периода.

1.2.1 Влияние шума на динамику отображений с квадратичным экстремумом. Уравнение РГ с учетом случайного внешнего воздействия (краткий обзор).

1.2.2 Скейлинг в присутствии шума. Иллюстрация универсальности свойства самоподобия по отношению к виду шумового воздействия.

1.2.3 Методы оценки универсальных констант шума для унимодальных отображений (краткий обзор).

1.2.4 Оригинальный численный метод, его содержание и результаты.

1.3 Случай двухпараметрических систем - трикритическая динамика.

1.3.1 Кубическое отображение как типичное двухпарамет-рическое отображение (обзор основных свойств).

1.3.2 Свойства скейлинга кубического отображения в отсутствие и в присутствии шума.

1.3.3 Трикритическая динамика с шумом на примере нелинейного осциллятора под действием случайных импульсов. 50 1.4 Случай трехпараметрических систем - динамика типа 7X3), Б и Е.

1.4.1 Отображение четвертой степени как типичное трех-параметрическое отображение. Классификация критических ситуаций коразмерности три (обзор основных свойств).

1.4.2 Трехпараметрический анализ: карты динамических режимов и карты ляпуновского показателя. Скейлинг в отсутствие и в присутствии шума.

Выводы.

Глава 2. Критические явления в однонаправлено связанных системах с шумом.

2.1 Бикритическая точка. Скейлинг в отсутствие внешнего воздействия.

2.2 Влияние внешнего шума на бикритическую динамику.

2.3 Численный метод поиска констант шума для двумерных отображений.

2.4 Ренормгрупповой анализ бикритичности в присутствии шума.

2.5 Иллюстрации свойства скейлинга для бикритического случая в присутствии шума.

Выводы.

Глава 3. Сложная динамика, критические явления и влияние шума на связанные системы с удвоениями периода.

3.1 Неидентичные связанные логистические отображения.

3.2 Неидентичные связанные осцилляторы Дуффинга под внешним гармоническим воздействием.

3.3 Идентичные связанные логистические отображения с двумя типами связи под воздействием внешнего шума.

Выводы.

Введение диссертация по физике, на тему "Критические явления в автономных и связанных системах с удвоениями периода с шумом"

Актуальность работы В численных и натурных экспериментах для огромного количества самых разнообразных динамических систем, начиная с простейших моделей с дискретным временем (отображений) и заканчивая распределенными системами, наблюдается переход к хаосу через каскад бифуркаций удвоения периода. С появлением работ Фейгенбаума [1-3] стало ясно, что проблема описания перехода к хаосу имеет не только качественный, но и количественный аспект. Системы, описываемые различными математическими моделями (дискретные отображения, дифференциальные уравнения, уравнения с запаздыванием и т.д.), различной физической природы (радиофизические, оптические, биологические и др.), если они относятся к одному определенному классу универсальности, вблизи порога хаоса демонстрируют свойства самоподобия, характеризующиеся одинаковыми универсальными масштабными константами. Теоретическим инструментом для анализа таких свойств является метод ренормализационной группы (РГ), впервые привнесенный в нелинейную динамику М. Фейгенбаумом в контексте перехода к хаосу через удвоения периода и затем развитый многими другими авторами в приложении к разным классам универсальности [4-9].

Чтобы распространить концепцию универсальности и масштабного самоподобия (скейлинга) на реальные системы или наблюдать скейлинговые закономерности в физическом эксперименте, необходимо учитывать влияние неизбежно присутствующего шума. Проблема изучения воздействия шумов на различные системы традиционно является одной из центральных в радиофизике, не только не утратившей своей актуальности, но привлекающей все большее внимание в связи с обнаружением новых явлений в системах с детерминированным хаосом и шумом [10, 11]. Таким образом, логичной и своевременной является постановка вопроса, касающегося влияния шума на критическую динамику, связанную с различными классами универсальности.

В этом контексте решение проблемы требует соответствующей разработки РГ анализа. Для типа критичности, изученного Фейгенбаумом, такой подход был развит в работах Кратчфилда с соавторами [12] и Шраймана с соавторами [13]. Как показано этими авторами, чтобы наблюдать каждый следующий уровень удвоения периода, необходимо уменьшать интенсивность шума на фактор = 6.61903. - универсальную константу, ответственную за скейлинговые закономерности, связанные с влиянием шума в фей-генбаумовском классе универсальности. Были предприняты аналогичные исследования и получены константы скейлинга для перемежаемости [14-17] и квазипериодичности [18] в диссипативных системах, для удвоений периода [19] и разрушения КАМ-тора [20] в гамильтоновых системах. Стоит отметить, что константа Кратчфилда и Шраймана ц?, по-видимому, имеет более фундаментальное значение, поскольку появляется в задачах о квантовом хаосе как константа перенормировки постоянной Планка при изучении свойств квантовой системы, демонстрирующей переход в классическом пределе к системе с удвоениями периода [21-23].

В контексте многопараметрического анализа перехода к хаосу, критичность определенного типа может иметь место на некоторых поверхностях, кривых или точках в пространстве параметров. РГ анализ - неоценимый инструмент для поиска, изучения и классификации критических ситуаций. Их коразмерность* определяется числом соответствующих неустойчивых собственных векторов линеаризованного уравнения РГ. В последнее время было обнаружено множество типов критического поведения, связанных с удвоениями периода, каждый из которых допускает описание в духе теории Фей-генбаума [9]. Если сценарий Фейгенбаума является типичным однопарамет-рическим феноменом, то эти новые типы поведения наблюдаются при вариации двух и более параметров. Часть из них встречается в одномерных отображениях, а некоторые характерны лишь для многомерных систем. Таким

Коразмерность - минимальное число параметров, которое должна иметь динамическая система, чтобы данная критическая ситуация могла реализоваться в типичном случае. 6 образом, возникает проблема исследования воздействия шума на системы, демонстрирующие эти многопараметрические варианты перехода к хаосу.

Объектами исследования будут служить одномерные отображения и системы связанных отображений. К настоящему времени отображения стали популярными и эффектными моделями для исследования различных радиофизических систем, таких как, например, нелинейный колебательный контур [24]; модель Улама, предложенная для объяснения механизма стохастического ускорения космических частиц Ферми [25] и т.д. Благодаря методу сечений Пуанкаре отображения применяются и для анализа радиофизических систем, описываемых дифференциальными уравнениями (генератор с инерционной нелинейностью [26] и др.). Как и традиционно для радиофизических методов, отображения стали универсальным инструментом исследования систем различной физической природы*. Так, например, хорошо изучено отображение Икеды, описывающее кольцевой оптический резонатор со средой с фазовой нелинейностью, возбуждаемый лазером [27]. (К отображению Икеды в рамках метода медленно меняющихся амплитуд приводит и задача о колебаниях осциллятора Дуффинга, возбуждаемого короткими импульсами [28, 29]. В свою очередь, при определенных приближениях отображение Икеды сводится к одномерному "отображению косинуса", которое является простым, физически мотивированным отображением со многими экстремумами [28, 29].) Одномерные отображения привлекательны и в биологии в задачах о динамике популяций. Более того, во многом из биологии пришли вопросы о сложной динамике простейшего отображения с квадратичным экстремумом (логистическое отображение), послужившие стимулом для создания теории Фейгенбаума. Модели в виде отображений, и, в частности, связанных отображений, привлекают внимание и при анализе химических систем (см., например, работы [30, 31] и цитированную в них литературу.) Следует особо отметить значительный вклад нижегородской научной школы как в теорию дискретных отображений, так и в конкретные приложения таких систем. 7

В работе будут использоваться одномерные отображения достаточно общего вида, допускающие разложение в ряд Тейлора. В зависимости от числа членов, оставленных в разложении, возникают одно-, двух- и трехпа-раметрические модели - логистическое отображение, кубическое отображение, "квартичное" отображение (отображение четвертой степени). Эти модели оказываются достаточно универсальными, что находит свое выражение в картине колебаний, бифуркаций и перехода к хаосу, описываемых ими. "Объекты" на плоскости параметров таких отображений (точки сборки, линии складок, линии удвоений, каскады бифуркаций, известные как "crossroad area" композиции бифуркаций [32] и т.д.) легко узнаваемы теми, кто исследовал сложную динамику нелинейных колебательных контуров, различных осцилляторов и других подобных систем. Сценарии перехода к хаосу для такой многопараметрической системы отображений, как и в теории бифуркаций, могут быть классифицированы по числу существенных параметров (коразмерности), причем, первую "строку" в такой классификации занимает од-нопараметрический сценарий Фейгенбаума [1-3]. При этом увеличение числа учтенных членов ряда Тейлора приводит к увеличению числа экстремумов отображений, возникновению точек перегиба, что является весьма существенным в классификации сценариев (типов критического поведения) на пороге хаоса. Во второй и третьей главах мы обратимся к моделям в виде связанных логистических отображений, а в третьей главе будет рассмотрена также и дифференциальная система в виде связанных неавтономных нелинейных осцилляторов. Заметим, наконец, что шум в дискретные отображения вводится в виде аддитивной добавки. Если говорить о физической модели, где это можно сделать наиболее явным и наглядным образом, то можно представлять себе нелинейный осциллятор, возбуждаемый импульсами, амплитуда которых является слегка модулированной некоторым случайным образом.

Цель работы состоит в исследовании влияния шума и выявлении связанных с ним свойств универсальности и скейлинга для динамических систем, которые характеризуются наличием перехода к хаосу через последовательность бифуркаций удвоения периода.

Научная новизна работы

1. Предложен численный метод, позволяющий определять скейлинго-вые константы шума для отображений с удвоениями периода, принадлежащих различным классам универсальности, и допускающий обобщение на многомерный случай. Метод имеет то преимущество, что собственно уравнение РГ решать не требуется; при этом получаемая точность приемлема для компьютерных (а, тем более, натурных) иллюстраций свойств скейлинга на большом количестве уровней иерархии.

2. Даны иллюстрации масштабного самоподобия (скейлинга) в присутствии шума для одномерных отображений с одним, двумя и тремя управляющими параметрами. Продемонстрирован скейлинг на бифуркационных деревьях, графиках ляпуновского показателя, картах ляпуновского показателя.

3. Развит ренормгрупповой анализ влияния шума на бикритическое поведение системы двух связанных логистических отображений с однонаправленной связью. Найдена новая универсальная постоянная \хв ~ 2.713695., определяющая правило пересчета интенсивности шума во второй подсистеме.

4. Показано, что пространство управляющих параметров связанных неидентичных логистических отображений характеризуется наличием критических точек коразмерности два (так называемый С - тип критичности), которые представляют собой концевые точки фейгенбаумовских линий. Также отмечено определенное сходство между сложным устройством дискретной (два связанных неидентичных квадратичных отображения) и потоковой (два связанных неидентичных осциллятора Дуффинга под внешним гармоническим воздействием) систем.

5. Представлены иллюстрации скейлинга на картах ляпуновского показателя для двух связанных идентичных квадратичных отображений под воздействием шума с двумя разными типами связи: диссипативным и инерционным. Показано, что в этом случае связанных подсистем константой перенормировки интенсивности шума является универсальная постоянная Кратч-филда и Шраймана Ц/г, которая была предложена для одного автономного отображения [12, 13].

1. Результаты работы выявили количественные закономерности, связанные с воздействием шума на системы с хаотической динамикой вблизи различных типов точек перехода к хаосу через удвоения периода. Системы, описываемые двух- и трехпараметрическими отображениями с шумом, вблизи соответствующих критических точек перехода порядок-хаос демонстрируют свойство самоподобия (скейлинга) на бифуркационных деревьях, графиках и сечениях пространства параметров в виде карт ляпуновского показателя с константами Цт- = 8.2439, = 10.0378, \1Е- 11.5937, ответственными за пересчет амплитуды шума.

3. Устройство пространства управляющих параметров двух неидентичных связанных логистических отображений характеризуется наличием критических точек коразмерности два, известных как С - тип критичности. Для идентичных связанных логистических отображений с шумом пространство управляющих параметров (параметр нелинейности, константа связи, амплитуда шума) демонстрирует свойство скейлинга. Научно-практическая значимость работы. Рекомендации по использованию научных выводов

Результаты ренормгруппового анализа бикритичности дают возможность количественного описания влияния шума на связанные системы различной природы с однонаправленной связью. Можно ожидать, что для оставшихся за рамками настоящей работы типов критичности на пороге перехода порядок-хаос также возможно ренормгрупповое описание, учитывающее влияние шума.

Установленное свойство скейлинга в системах с шумом и найденные константы шума позволяют оценивать число удвоений, для которых традиционная картина перехода к хаосу окажется разрушенной. В то же время можно рекомендовать проведение специальных экспериментов, нацеленных на проверку обнаруженных закономерностей, которые требуют, однако, использование специальных генераторов шума с регулируемым его уровнем.

Результаты исследования системы неидентичных связанных отображений и связанных нелинейных осцилляторов выявили тонкую картину бифуркаций в области сосуществования двух разных сценариев перехода к хаосу — через каскад бифуркаций удвоения периода и через разрушение квазипериодического режима. Обнаружено, что такой переход в связанных системах может ассоциироваться с типом критичности, известным, как С - тип. В силу универсальности, присущей критической динамике, следует ожидать, что в системах различной природы с подобным типом связи может наблюдаться аналогичная картина бифуркаций, включая соответствующую тонкую картину на глубоких уровнях иерархии в непосредственной окрестности критической точки.

Апробация работы и публикации Результаты работы были представлены на школе-конференции "Нелинейные дни в Саратове для молодых-98" (Саратов, 1998), VI международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов-99" (Россия, Москва, 1999), Международной школе для молодых ученых и студентов по оптике, лазерной физике и биофизике (Россия, Саратов, 1999), школе - конференции "Нелинейные дни в Саратове для молодых-99" (Саратов, 1999), VII Всероссийской школе -семинаре "Волновые явления в неоднородных средах" (Красновидово Московской области, 2000), всероссийской научной школе - конференции "Нелинейные дни в Саратове для молодых-2000" (Саратов, 2000), международной межвузовской конференции "Современные проблемы электроники и радиофизики СВЧ" (Россия, Саратов, 2001), четвертом международном симпозиуме по классической и небесной механике (Россия, Великие Луки, 2001), IX Международном симпозиуме "Nonlinear dynamics and complex systems" (Республика Беларусь, Минск, 2001), шестой международной школе "Хаотические автоколебания и образование структур" (Россия, Саратов, 2001), всероссийской научной школе - конференции "Нелинейные дни в Саратове для мо-лодых-2001" (Саратов, 2001), конференциях молодых ученых и аспирантов научно-образовательного центра "Нелинейная динамика и биофизика" СГУ (Саратов, 2002, 2003, 2004), Международной конференции по синхронизации хаотических и стохастических колебаний (Приложения в физике, химии, биологии и медицине) "Synchro-2002" (Россия, Саратов, 2002), всероссийской научной школе - конференции "Нелинейные дни в Саратове для моло-дых-2003" (Саратов, 2003).

Результаты работы получены в рамках грантов Российского фонда фундаментальных исследований (№ 96 - 15 - 9692, 97 - 02 - 16414, 00 - 02 - 17509, 03 - 02- 16074, в том числе персонального гранта для молодых исследователей № 01 - 02 - 06388), Американского фонда гражданских исследований и развития СКОБ (№ Ю}С - 006), Эйлеровой программы (совместно с группой профессора А. Пиковского, университет Потсдама, Германия), Министерства общего и профессионального образования (№ 97 - 0 - 8.3 - 8.8), Федеральной целевой программы "Интеграция" (№ 696.3, проект А0057) и фонда некоммерческих программ "Династия" при содействии Международного центра фундаментальной физики в Москве.

Личный вклад автора В совместных работах автором выполнено программирование всех задач и проведены численные эксперименты. Формулировка поставленных задач, выбор моделей, а также объяснение и интерпретация полученных результатов проведено совместно с научным руководителем и соавторами. В работе [97] автору принадлежит п.5.

Заключение диссертации по теме "Радиофизика"

Выводы

В настоящей главе изучено устройство пространства управляющих параметров неидентичных связанных систем, которые характеризуются переходом к хаосу через последовательность бифуркаций удвоения периода, -дискретной системы двух связанных логистических отображений и потоковой системы двух связанных осцилляторов Дуффинга под внешним гармоническим воздействием.

Для дискретной системы двух неидентичных связанных логистических отображений тщательно изучены особенности устройства языков синхронизации на плоскости управляющих параметров подсистем при вариации параметра связи. Представлены как соответствующие карты динамических режимов, так и конфигурация бифуркационных линий и точек. Показано, что последовательность терминальных точек коразмерности два, в которых мультипликаторы отображения одновременно равны +1 и -1, накапливается к критической точке, известной ранее для модельного отображения как тип критичности С. Этот тип критичности встречается в системах, в которых сосуществуют переходы к хаосу через удвоения периода и через разрушение квазипериодичности.

Для системы неидентичных связанных осцилляторов Дуффинга под внешним гармоническим воздействием построены карты динамических режимов при различных значениях параметра связи. Оказывается, что эта потоковая система также демонстрирует картину сосуществования двух сценариев перехода к хаосу, однако, имеются как сходные, так и отличные черты по сравнению с системой связанных логистических отображений.

Также, изучено влияние шума на динамику системы двух неидентичных связанных квадратичных отображений с разными типами связи: инерционным и диссипативным. Показано, что для такого двумерного отображения имеет место скейлинг в различных сечениях пространства управляющих параметров ("параметр связи - параметр удвоений", "параметр связи - амплитуда шума", "амплитуда шума - параметр удвоений"); представлены соответствующие иллюстрации с использованием карт ляпуновского показателя. Причем, константой перенормировки интенсивности шума в этом случае является универсальная постоянная вычисленная ранее для автономного отображения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе было проведено исследование свойств универсальности и скейлинга для динамических систем в присутствии шума, характеризующихся наличием перехода к хаотической динамике через последовательность бифуркаций удвоения периода. В частности, были рассмотрены следующие модели со сложной динамикой:

• одномерные отображения с одним и более параметрами (логистическое, кубическое и модельное трехпараметрическое отображения);

• "отображение косинуса", моделирующее динамику нелинейного осциллятора под действием случайных импульсов;

• система двух связанных логистических отображений с однонаправленной связью, демонстрирующая бикритическое поведение;

• система двух неидентичных связанных логистических отображений и двух неидентичных связанных осцилляторов Дуффинга под внешним гармоническим воздействием;

• система двух связанных идентичных логистических отображений с двумя различными типами связи: диссипативным и инерционным.

По результатам работы можно сделать следующие выводы:

1. Предложен оригинальный численный метод, который позволяет определять константу перенормировки интенсивности шума для отображений, демонстрирующих переход к хаосу через последовательность удвоений периода. Метод допускает обобщение на многомерный случай. С помощью этого метода оценены константы шума для унимодального отображения со степенью экстремума четыре: = 8.2439, шесть: = 10.0378 и восемь: ц£ = 11.5937.

2. Рассмотрена динамика кубического отображения в присутствии шума. При движении вдоль особой кривой на плоскости параметров двукратно проитерированное кубическое отображение ведет себя как унимодальное со степенью экстремума 4, поэтому свойства скейлинга под действием шума возможно проиллюстрировать с использованием константы [1т. Представлен двумерный скейлинг на карте ляпуновского показателя, бифуркационных деревьях и графике ляпуновского показателя. Рассмотрен нелинейный осциллятор под действием периодической последовательности импульсов со случайной модуляцией амплитуды или периода воздействия. Для такой системы приближенно получено одномерное отображение с шумом и продемонстрирован скейлинг в присутствии шума вблизи одной из трикритических точек.

3. Выявлены свойства универсальности и скейлинга для трехпараметри-ческого отображения под воздействием шума. Показано, что вдоль особых линий в пространстве параметров скейлинг с шумом можно пронаблюдать, используя надлежащий пересчет значения амплитуды шума на константы Цг, Ця и Приведены иллюстрации свойства скейлинга.

4. Рассмотрена динамика системы двух связанных квадратичных отображений с однонаправленной связью под влиянием шума, демонстрирующая так называемое бикритическое поведение. Показано, как влияет увеличение интенсивности шума на структуру карты ляпуновского показателя, спектр Фурье, фазовый портрет бикритического аттрактора. Проведено обобщение оригинального численного метода на двумерный случай, с его помощью получено приближенное значение константы шума для динамики бикритического типа. Развит ренормгруп-повой подход для анализа бикритического поведения в присутствии шума, получено уравнение РГ. Его численное решение позволило с высокой точностью найти значение константы шума Цв = 2.713695. Продемонстрирован скейлинг под влиянием флуктуаций вблизи бикрити-ческой точки на карте ляпуновского показателя, бифуркационном дереве, графике ляпуновского показателя.

5. Изучено устройство плоскости управляющих параметров двух неидентичных связанных логистических отображений. Показано, как по мере увеличения параметра связи трансформируется картина языков синхронизации на карте динамических режимов системы. Детально изучена область на плоскости параметров, где наблюдается сосуществование двух различных сценариев перехода к хаотической динамике - через удвоения периода и разрушение квазипериодического режима. С помощью бифуркационного анализа показано, что в такой системе неидентичных связанных логистических отображений имеет место специфический С - тип критичности. Проведено сравнение устройства плоскости параметров двух неидентичных связанных квадратичных отображений и двух неидентичных связанных осцилляторов Дуффинга под гармоническим воздействием; отмечено определенное сходство и выявлены различия.

6. Исследовано воздействие шума на поведение системы двух идентичных связанных логистических отображений с двумя типами связи: дис-сипативным и инерционным. Показано, что скейлинг в присутствии шума можно наблюдать при пересчете интенсивности шума на константу |1/г, которая была определена ранее для автономной несвязанной системы. Приведены иллюстрации, подтверждающие наличие свойств универсальности и скейлинга в системе двух связанных логистических отображений на картах ляпуновского показателя в различных сечениях пространства параметров ("параметр связи - параметр удвоений", "параметр связи - амплитуда шума", "амплитуда шума - параметр удвоений") как в случае диссипативной, так и в случае инерционной связи.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Седова, Юлия Викторовна, Саратов

1. Feigenbaum М.J. Quantitative universality for a class of nonlinear transformations. J; Stat. Phys., 1978, vol.19, №1, p.25-52.

2. Feigenbaum M.J. The universal metric properties of nonlinear transformations. J. Stat. Phys., 1979, vol.21, №6, p.669-706.

3. Фейгенбаум M. Универсальность в поведении нелинейных систем. УФН, 1983, т. 141, №2, стр.343-374.

4. Chang S.J., Wortis М., Wright J.A. Iterative properties of a one-dimensional quartic map. Critical lines and tricritical behavior. Phys. Rev. A, 1981, vol.25, №5, p.2669-2684.

5. Ни В., Rudnik J. Exact solution of the Feigenbaum renormalization group equations for intermittency. Phys. Rev. Lett., 1982, vol.48, №24, p.l645-1648.

6. Shenker S.J. Scaling behavior in a map of a circle onto itself: Empirical results. Physica D, 1982, vol.5, p.405-411.

7. Feigenbaum M.J., Kadanoff L.P., Shenker S.J. Quasiperiodicity in dissipa-tive systems: A renormalization group analysis. Physica D, 1982, vol.5, p.370.

8. Rand D., Ostlund S., Sethna J., Siggia E.D. Universal transition from quasiperiodicity to chaos in dissipative systems. Phys. Rev. Lett., 1982, vol.49, №2, p.132-135.

9. Kuznetsov A.P., Kuznetsov S.P., Sataev I.R. A variety of period-doubling universality classes in multi-parameter analysis of transition to chaos. Physica D, 1997, vol.109, p.91-112.

10. Pikovsky A., Rosenblum M., Kurths J. Synchronization. Cambridge, 2001, 411 p.

11. Анищенко B.C., Астахов B.B., Вадивасова Т.Е., Нейман А.Б., Стрелкова Г.И., Шиманский-Гайер Л. Нелинейные эффекты в хаотических и стохастических системах. Москва-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2003, 544 стр.

12. Crutchfield J.P., Nauenberg M., Rudnik J. Scaling for external noise at the onset of chaos. Phys. Rev. Lett., 1981, vol.46, №14, p.933-935.

13. Shraiman В., Wayne C.E., Martin P.C. Scaling theory for noisy period-doubling transitions to chaos. Phys. Rev. Lett., 1981, vol.46, №14, p.935-939.

14. Hirsch J.E., Huberman B.A., Scalapino D.J. Theory of intermittency. Phys. Rev. A, 1981, vol.25, p.519.

15. Hirsch J.E., Nauenberg M., Scalapino D.J. Intermittency in the presence of noise: A renormalization group formulation. Phys. Lett. A, 1982, vol.87, p.391.

16. Eckmann J.P., Thomas L., Wittwer P. Intermittency in presence of noise. J. Phys. A, 1981, vol.14, p.182-190.

17. Kye Won-Ho, Kim Chil-Min. Characteristic relations of type-I intermittency in the presence of noise. Phys. Rev. E, 2000, vol.62, №5, p.6304-6307.

18. Hamm A., Graham R. Scaling for small random perturbations of golden critical circle maps. Phys. Rev. A, 1992, vol.46, №10, p.6323-6333.

19. Gyorgyi G., Tishby N. Scaling in Stochastic Hamiltonian Systems: A Re-normalization Approach. Phys. Rev. Lett., 1987, vol.58, №6, p.527-530.

20. Gyorgyi G., Tishby N. Path integrals in Hamiltonian systems: Breakup of the last Kolmogorov-Arnold-Moser torus due to random forces. Phys. Rev. Lett., 1989, vol.62, №4, p.353-356.

21. Graham R. Period doubling in dissipative quantum systems. Phys. Rev. Lett., 1989, vol.62, №15, p.1806.

22. Grempel D.R., Fishman S., Prange R.E. Finite-Planck's-constant scaling at stochastic transitions of dynamical systems. Phys. Rev. Lett., 1984, vol.53, №13, p.1212-1215.

23. Cerdeira H.A., Furuya K., Huberman B.A. Lyapunov Exponent for Quantum Dissipative Systems. Phys. Rev. Lett., 1988, vol. 61, №22, p. 2511-2513.

24. Безручко Б.П., Прохоров М.Д., Селезнев Е.П. Модель диссипативного осциллятора в виде одномерного отображения с тремя параметрами. Письма в ЖТФ, 1994, том 20, вып.11, стр.78-82.

25. Лихтенберг А., Либерман М. Регулярная и стохастическая динамика. М.: Мир, 1984.

26. Анищенко B.C. Сложные колебания в простых системах. М.: Наука, 1990,312 стр.

27. Ikeda К., Daido Н., Akimoto О. Optical turbulence: chaotic behavior of transmitted light from a ring cavity. Phys. Rev. Lett., 1980, vol.45, №9, p.709-712.

28. Kuznetsov A.P., Turukina L.V., Mosekilde Erik. Dynamical systems of different classes as models of the kicked nonlinear oscillators. Int. J. of Bifurcation and Chaos, 2001, vol.11, №4, p. 1065-1077.

29. Ferretti A., Rahman N.K. A study of coupled logistic map and its applications in chemical physics. Chem. Phys., 1988, vol.119, p.275-288.

30. Kuramoto Y. Chemical oscillations, waves and turbulence. Springer series in Synergetics, Springer, Berlin, 1984, vol.19, p. 130.

31. Mira C., Carcasses J. On the "crossroad area saddle area" and "crossroad area - spring area" transitions. Int. J. of Bifurcation and Chaos, 1991, vol.1, №3, p.641-655.

32. Шустер Г. Детерминированный хаос. Введение. М.: Мир, 1988.

33. Мун Ф. Хаотические колебания. М.: Мир, 1990, 312 стр.

34. Берже П., Помо И., Видаль К. Порядок в хаосе. М.: Мир, 1991, 368 стр.

35. Трубецков Д.И. Колебания и волны для гуманитариев. Саратов: Гос-УНЦ "Колледж", 1997, 393 стр.

36. Анищенко B.C., Вадивасова Т.Е., Астахов В.В. Нелинейная динамика хаотических и стохастических систем. Издательство Саратовского университета, 1999, 368 стр.

37. Кузнецов С.П. Динамический хаос. М.: Физматлит, 2001, 296 стр.

38. Heinz-Otto Peitgen, Hartmut Jürgens, Dietmar Sauge. Chaos & Fractals. New frontiers of science. Springer-Verlag, 1992.

39. Кузнецов А.П., Кузнецов С.П. Критическая динамика одномерных отображений. Известия вузов. Прикладная нелинейная динамика, 1993, т.1, №12, стр. 15-33.

40. Crutchfield J.P., Farmer J.D., Huberman В.A. Fluctuations and simple chaotic dynamics. Phys. Rep., 1982, vol.92, №2, p.45-82.

41. Hu B. Introduction to real-space renormalization-group methods in critical and chaotic phenomena. Phys. Rep., 1982, vol.91, №5, p.233-295.

42. Ни В., Mao J.M. Period doubling: universality and critical point order. Phys. Lett. A, 1982, vol.25, №6, p.3259-3261.

43. Ни В., Satija I.I. A spectrum of universality classes in period doubling and period tripling. Phys. Lett. A, 1983, vol.98, p. 143-150.

44. Van der Welle J.P., Capel H.W., Kluiving R. On the scaling factor a(z) and 5(z). Phys. Lett. A., 1986, vol.119, №1, p.15.

45. Argoul F., Arneodo A., Collet P., Lesne A. Transitions to chaos in the presence of an external periodic field: cross-over effect in the measure of critical exponents. Europhys. Lett., 1987, vol.3, №6, p.643-651.

46. Holmes P.J. A nonlinear oscillator with a strange attractor. Philos. Trans. R. Soc. A, London, 1979, vol.292, p.419-448.

47. Fräser S., Kapral R. Analysis of flow hysteresis by one-dimensional map. Phys. Rev. A, 1982, vol.25, p.3223-3233.

48. MacKey R.S., Tresser C. Some flesh on the bifurcation structure of bimodal maps. Physica D, 1987, vol.27, №3, p.412-422.

49. Komuro M., Tokunaga R., Matsumoto Т., Chua L., HoGta A. Global bifurcation analysis of the double scroll circuit. Int. J. of Bifurcation and Chaos, 1991, vol.1, p.139-182.

50. Marcus M., Hess B. Lyapunov exponents of the logistic map with periodic forcing. Computers & Graphics, 1989, vol.13, №4, p.553-558.

51. Rossler J., Kiwi M., Hess В., Marcus M. Modulated nonlinear processes and a novel mechanism to induce chaos. Phys. Rev. A, 1989, vol.39, №11, p.5954-5960.

52. Marcus M. Chaos in maps with continuous and discontinuous maxima. Computers in physics, 1990, September/October, p.481.

53. Bastos de Figueireido J.C., Malta C.P. Lyapunov graph for two-parameter map: Application to the circle map. Int. J. of Bifurcation and Chaos, 1998, vol.8, №2, p.281-293.

54. Kuznetsov A.P., Kuznetsov S.P., Sataev I.R. Three-parameter scaling for one-dimensional maps. Phys. Lett. A, 1994, vol.189, p.367-373.

55. Кузнецов А.П., Тюрюкина JI.В. Динамические системы разных классов как модели нелинейного осциллятора с импульсным воздействием. Известия вузов. Прикладная нелинейная динамика, 2000, том 8, №2, стр.31-42.

56. Ott Е. Chaos in dynamical systems. 1993, Cambridge University Press, 385 P

57. Stojanovski Т., Kocharev L., Parlitz U. Driving and synchronizing by chaotic impulses. Phys. Rev. E, 1996, vol.54, №2, p.2128-2131.

58. Carr Y., Eilbech Y.C. One-dimensional approximations for a quadratic Ikeda map. Phys. Lett. A, 1984, vol.104, p.59-62.

59. Kaneko K. Spatial period-doubling in open flow. Phys. Lett. A, 1985, vol.111, №8, p.321-325.

60. Anishchenko V.S., Aranson I.S., Postnov D.E., Rabinovich M.I. Spatial synchronization and bifurcation of the development of chaos in a chain of coupled generators. Sov. Phys. Dokl., 1986, vol. 31, p. 169.

61. Aranson I.S., Gaponov-Grekhov A.V., Rabinovich M.I. The onset and spatial development of turbulence in flow systems. Physica D, 1988, vol.33, p.l.

62. Kocarev L., Parlitz U. Generalized synchronization, predictability, and equivalence of unidirectionally coupled dynamical systems. Phys. Rev. Lett., 1996, vol. 76, №11, p. 1816-1819.

63. Hasler M. Synchronization of chaotic systems and transmission of information. Int. J. of Bifurcation and Chaos, 1998, vol.8, №4, p.647-659.

64. Безручко Б.П., Гуляев Ю.В., Кузнецов С.П., Селезнев Е.П. Новый тип критического поведения связанных систем при переходе к хаосу. ДАН СССР, 1986, т.287, №3, стр.619-622.

65. Кузнецов С.П. Динамика двух однонаправлено связанных систем Фей-генбаума у порога гиперхаоса. Ренормгрупповой анализ. Известия вузов. Радиофизика, 1990, т.ЗЗ, №7, стр.78 8-792.

66. Kuznetsov А.Р., Kuznetsov S.P., Sataev I.R. Bicritical dynamics of period-doubling systems with unidirectional coupling. Int. J. of Bifurcation and Chaos, 1991, vol.1, №4, p. 839-848.

67. Kuznetsov S.P., Sataev I.R. New types of critical dynamics for two-dimensional maps. Phys. Lett. A, 1992, vol.162, №3, p.236-242.

68. Kim S.Y. Bicritical behavior of period doublings in unidirectionally coupled maps. Phys. Rev. E, 1999, vol.59, №6, p.6585-6592.

69. Kuznetsov A.P., Kuznetsov S.P., Sataev I.R., Chua L.O. Multi-parameter criticality in Chua's circuit at period-doubling transition to chaos. Int. J. of Bifurcation and Chaos, 1996, vol.6, №1, p.l 19-148.

70. Kim S.-Y., Lim W. Bicritical scaling behavior in unidirectionally coupled oscillators. Phys. Rev: E, 2001, vol.63, №3, 036223.

71. Kuznetsov A.P., Kuznetsov S.P., Sataev I.R. Multiparametric criticality in a laser system. Technical Digest (Opt. Soc. of America, Washington D.C.), 1992, vol.16, p.209-211.

72. Bezruchko B.P., Pudovochkin O.B. Oscillations near a chaos threshold in the system of one-directionally connected nonlinear electronic oscillators. Izv. Vuz. Radiofizika, 1992, vol.35, №1, p.39-44.

73. Kuznetsov A.P., Kuznetsov S.P., Sataev I.R. Variety of types of critical behavior and multistability in period doubling systems with unidirectionalcoupling near the onset of chaos. Int. J. of Bifurcation & Chaos, 1993, vol.3, №1, p.139-152.

74. Feigenbaum M.J. The onset spectrum of turbulence. Phys. Lett. A, 1979, vol.74, №6, p.375-378.

75. Nauenberg M., Rudnik J. Universality and the power spectrum at the onset of chaos. Phys. Rev. B, 1981, vol.24, №1, p.493-495.

76. Huberman В., Zisook A. Power spectra of strange attractors. Phys. Rev. Lett., 1981, vol.26, №10, p.626-632.

77. Pikovsky A. Evolution of the power spectrum in the period-doubling route to chaos. Radiophysics and Quantum Electronics, 1985, vol.29, №12, p.1076-1083.

78. Mosekilde E., Maistrenko Y., Postnov D. Chaotic synchronization. Application to living systems. World Scientific Series on Nonlinear Science, 2002, Series A, vol.42,440 p.

79. Yuan Jian-Min, Tung Mingwhei, Feng Da Hsuan, Narducci Lorenzo M. Instability and irregular behavior of coupled logistic equations. Phys. Rev. A, 1983, vol. 28, №3, p. 1662-1666.

80. Кузнецов С.П., Сатаев И.Р. Гибрид удвоений периода и касательной бифуркации: количественная универсальность и двухпараметрический скей-линг. Известия вузов. Прикладная нелинейная динамика, 1995, т.З, №4, стр.3-11.

81. Kuznetsov S.P., Sataev I.R. Period-doubling for two-dimensional non-invertible maps: Renormalization group analysis and quantitative universality. Physica D, 1997, vol. 101, p. 249-269.

82. Kuznetsov S.P., Sataev I.R. Universality and scaling for the breakup of phase synchronization at the onset of chaos in a periodically driven Rossler oscillator. Phys. Rev. E, 2001, vol. 64, №4, 046214 (7 pages).

83. Кузнецов А.П., Кузнецов С.П., Рыскин Н.М. Нелинейные колебания. М.: Физматлит, 2002, 292 стр.

84. Parlitz U. Common dynamical features of periodically driven strictly dissipative oscillators. Int. J. of Bifurcation & Chaos, 1993, vol.3, №3, p.703-715.

85. Kim S.-Y., Kook H. Renormalization analysis of two coupled maps. Phys. Lett. A, 1993, vol.178, p.258-264.

86. Kim S.-Y., Kook H. Period doubling in coupled maps. Phys. Rev. E, 1993, vol.48, №2, p.785-799.

87. Кузнецов С.П. Универсальность и подобие в поведении связанных систем Фейгенбаума. Известия вузов. Радиофизика, 1985, т.28, №8, стр.991.

88. Кузнецов А.П., Кузнецов С.П. Критическая динамика решеток связанных отображений у порога хаоса (обзор). Известия вузов. Радиофизика, 1991, т.34, №10-12, с.1079-1115.

89. Kook Н., Ling F.H., Schmidt G. Universal behavior of coupled nonlinear systems. Phys. Rev. A, 1991, vol.43, №6, p.2700-2708.

90. Kuznetsov S.P. Universality and scaling in two-dimensional coupled map lattices. Chaos, Solitons & Fractals, 1992, vol.2, №3, p.281-301.

91. СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ*

92. Kapustina Julia V., Kuznetsov Alexandr P., Kuznetsov Sergey P., Mosekilde Erik. Scaling properties of bicritical dynamics in unidirectionally coupled period-doubling systems in presence of noise. Phys. Rev. E, 2001, vol.64, №6,066207 (12 pages)

93. Kapustina J.V., Kuznetsov A.P. Scaling in the presence of an external noise in discrete systems with period-doublings. Nonlinear Phenomena in Complex Systems, 2002, vol.5, №2, p. 181-187.

94. До февраля 2002 г. Седова Ю.В. носила фамилию Капустина.154

95. Гуляев Ю.В., Капустина Ю.В., Кузнецов А.П., Кузнецов С.П. О свойствах скейлинга при воздействии одной системы с удвоениями периода на другую при наличии шума. Письма вЖТФ, 2001, том 27, вып.22, стр.58-65.

96. Кузнецов А.П., Капустина Ю.В. Свойства скейлинга при переходе к хаосу в модельных отображениях с шумом. Известия вузов. Прикладная нелинейная динамика, 2000, том 8, №6, стр.78-87.

97. Kuznetsov А.Р., Turukina L.V., Savin A.V., Sataev I.R., Sedova J.V., Milovanov S.V. Multi-parameter picture of transition to chaos. Izvestiya VUZ. Applied Nonlinear Dynamics (Saratov), 2002, vol.10, №3, p.80-96.

98. Кузнецов А.П., Капустина Ю.В. Скейлинг одно- и двумерных отображений, демонстрирующих удвоения, обусловленный внешним шумом. Труды Всероссийской школы-семинара "Волновые явления в неоднородных средах ", ООП Физ.ф-та МГУ, 2000, том 1, стр.23-24.

99. Капустина Ю.В. Удвоения периода в системах с двумя и тремя параметрами с шумом. Материалы международной межвузовской конференции "Современные проблемы электроники и радиофизики СВЧ", Саратов: Изд-во ГосУНЦ "Колледж", 2001, стр.82-84.

100. Kapustina J.V., Kuznetsov А.Р. Scaling in the presence of external noise for systems with two and three parameters. Abstracts of the international conference "Progress in nonlinear science", University of Nizhny Novgorod, 2001, p.244-246.

101. Капустина Ю.В., Кузнецов А.П., Кузнецов С.П. Воздействие шума на динамические системы у порога возникновения хаоса. Тезисы докладов четвертого международного симпозиума по классической и небесной механике, Москва Великие Луки, 2001, стр.80-81.

102. Капустина Ю.В. Скейлинг на бифуркационном дереве в отсутствии и в присутствии шума. "От порядка к хаосу": Сборник трудов лаборатории "Теоретическая нелинейная динамика", Саратов: Изд-во ГосУНЦ "Колледж", 1998, стр.7-15.

103. Капустина Ю.В. Скейлинг на бифуркационном дереве в отсутствие и в присутствии шума. Сборник "Нелинейные дни в Саратове для молодых-98: материалы научной школы-конференции", Саратов: Изд-во ГосУНЦ "Колледж", 1998, стр.69.

104. Капустина Ю.В. Свойства скейлинга модельных отображений с шумом. Сборник "Нелинейные дни в Саратове для молодых-2000: материалы научной школы-конференцииСаратов: Изд-во ГосУНЦ "Колледж", 2000, стр.123-126.

105. Капустина Ю.В. Свойства скейлинга в системах под воздействием шума. Сборник "Нелинейные дни в Саратове для молодых-2001: материалы научной школы-конференции", Саратов: Изд-во ГосУНЦ "Колледж", 2001, стр.30.

106. Саратове для молодых-2003: материалы научной школы-конференции ", Саратов: Изд-во ГосУНЦ "Колледж", 2003, стр. 167-170.1. БЛАГОДАРНОСТИ