Tudomány / Fizika / Fraktálok a magnetoszférában?

Linkajánló

Az oldalon harmadik féltől származó cookie-kat (sütiket) használunk a megjelenő reklámok személyre szabása és statisztikai adatok gyűjtése érdekében. Az oldal használatával elfogadod a cookie-k használatát. Több információ
Elfogadom

Fraktálok a magnetoszférában?

Cikkünkben az önszerveződő kritikus rendszerek néhány tulajdonságát mutatjuk be, és megvizsgáljuk, hogy ezek a tulajdonságok a magnetoszféra esetén is érvényesek-e.

Az, hogy egy faág hasonlít a fa egészére, illetve hogy a tengerpartok, a felhők, az ásványi kristályok távolról és közelről nézve azonos kontúrt mutatnak, ma már nem újdonság. Sőt azt is tudjuk, hogy az ilyen tulajdonságokkal rendelkező objektumokat fraktáloknak nevezik. De vajon ismert-e az a fizikai mechanizmus is, amely révén a fraktálok kialakulnak? Továbbá gondolunk-e arra is, hogy ilyen önmagukra hasonló alakzatok nemcsak bizonyos rendszerek látható képében (pl. körvonalában), hanem más, közvetlenül nem látható, de mérhető fizikai paraméterének idő- vagy térbeli változásában is megfigyelhetők? Pedig nem is lehet kérdéses, hogy például a valutaárfolyamok alakulásában egy hihetetlenül összetett rendszernek, nevezetesen a világgazdaságnak minden apró rezdülése megmutatkozik. Ennek következtében az árfolyamok változásában a gazdaság önhasonló folyamatai is tetten érhetőek. Mindezek alapján bízhatunk tehát abban is, hogy a magnetoszféra dinamikai vizsgálatára általunk használt geomágneses obszervatóriumi regisztrátumok szintén alkalmasak lehetnek annak kimutatására, hogy a tágabb rendszerben, a magnetoszférában – a címben feltett kérdés szerint – valóban létezhetnek-e önhasonló események, fraktálok.

A fraktálok vizsgálatának úttörő munkája egyértelműen Benoit Mandelbrot (1924–) nevéhez fűződik a múlt század utolsó harmadából. A The Fractal Geometry of Nature c. munkájában Mandelbrot nemcsak a fraktálok geometriai definiálásával és matematikai leírásával alkotott korszakalkotót, hanem a – manapság a tudományok széles körében vizsgált – multifraktálok fogalmának bevezetésével is. A fraktál szerkezeteket előállító fizikai rendszerek közös ismérveinek vizsgálatában az egyik legjelentősebb áttörést Bak, Tang és Wiesenfeld 1987-es, a Physial Review Letters c. folyóiratban megjelent cikke jelentette, amelyben a szerzők a fizikai paraméterek hatványfüggvény szerinti eloszlásának és a paraméterek fluktuációit jellemző 1/f alakú spektrumnak a fraktál szerkezetekkel való komplex kialakulására alkottak modellt és magyarázatot. Cikkünk második részében erről a modellről és a modellnek a magnetoszféra dinamikájának leírására való alkalmazhatóságáról lesz szó.

Önhasonló, fraktál jelenségek előfordulnak a magnetoszféra dinamikai folyamatai között is, de egyelőre még vitatott, hogy ez az önszerveződő kritikus viselkedés egyértelmű jeleként fogható-e fel.

Egy adott objektum fraktál jellegének kialakulása azt feltételezi, hogy az objektum egymástól távoli pontjai valamiféle információs, korrelációs kapcsolatban állhatnak egymással. Ilyen tulajdonság a kritikus rendszerekre jellemző, ahol bármely változás, vagy zaj nem az egyébként megfigyelhető exponenciális lecsengés szerint, hanem algebrai módon terjed, azaz a változások a változás bekövetkezésének helyétől távoli pontokat is érinthetnek. A termodinamikából ismert kritikus rendszerek fázisátalakuláshoz köthetők, amelyre példa lehet a mágneses anyagok ferro–paramágneses átmenete a Curie hőmérsékleten, vagy bizonyos fémek szupravezetővé válása egy adott hőmérséklet alatt. Az említett esetekben a termodinamikai értelemben vett kritikus állapot egy adott fizikai paraméternek csak egy kitüntetett értékén, a fázistér szűk tartományán áll elő. Ilyen feltétel mellett azonban a kritikus rendszerek természetbeli gyakorisága nem lenne magyarázható. Bak, Tang és Wiesenfeld elmélete szerint ezért a kritikus viselkedés a rendszerek tág spektrumában nem a paraméterek változtatása útján, hanem a rendszerek belső dinamikája által vezérelve, önszerveződve valósulhat meg. Mindehhez állandó nagyságú és folyamatos külső gerjesztés szükséges. A folyamatot önszerveződő kritikusságnak nevezték el, és így vált ismertté a fizika és a tudomány egyéb ágainak (társadalom- és természettudományi ágaknak egyaránt) a fogalomrendszerében is.


Következő oldal Következő oldal
© halmaz.hu