Ренормгрупповой анализ: непрерывная среда с преобладающей диффузионной связью

Если искать решение операторного уравнения ренормгруппы Gk+1[x]=SGk[Gk[S-1x]] в виде Gk[x]=G[x]+Hk[x], где ||H||<<1, и G есть неподвижная точка операторного уравнения, то можно найти, что операторы H должны удовлетворять рекуррентному соотношению:

где G' есть производная Фреше. Полагая Hk~nk, приходим к задачи на собственные векторы и собственные значения для операторного уравнения
В классе возмущений, не нарушающих свойство трансляционной инвариантности операторов эволюции обнаруживаются следующие собственные значения.

Существенные собственные числа

Возмущение управляющего параметра индивидуальных ячеек, не вносящее дополнительной связи между ячейками

Антисимметричная инерционная связь

Антисимметричная диссипативная связь (перенос, или адвекция)

Симметричная инерционная связь

Несущественные собственные числа

Симметричная диссипативная связь (диффузия)

Отсюда следует, что для одномерной среды, построенной из ячеек с превалирующей симметричной диссипативной (диффузионной) связью, демонстрирующих удвоения периода, должны иметь место следующие свойства универсальности и скейлинга.

Универсальность. Оператор эволюции за число шагов 2k в асимптотике по k определяется (с точностью до масштабных замен) четырьмя параметрами. Это управляющий параметр индивидуальной ячейки l и три параметра связи: антисимметричной инерционной a, антисимметричной диссипативной b, симметричной инерционной g.

Скейлинг. Имея определенный тип пространственно-временной динамики для некоторого набора параметров (l, a, b, g) мы должны наблюдать подобную динамику при lnew=lc+(llс)/d, anew=a/n1, bnew=b/n2, gnew=g/n3 при соответствующем задании начальных условий (перенормировке на фактор a). При этом характерный временной масштаб возрастает в 2 раза, а пространственный в 21/2 раза.

Приведем примеры модельные уравнения и иллюстрации скейлинга для решеток связанных отображений, в которых помимо сильной диффузионной включена слабая связь одного из трех названных выше дополнительных типов. При этом длина системы M задается достаточно большой, так чтобы ее конкретный выбор практически не влиял на бифуркационные значения параметров

Диффузия и антисимметричная инерционная связь

Рассмотрим модель решетки связанных отображений вида



с граничными условиями x(0)=0, x(M)=0. Здесь представлены симметричная диссипативная или диффузионная связь (оператор L), а также антисимметричная инерционная связь между ближайшими соседями (параметр a). На рисунке справа вверху приведена карта режимов на плоскости параметр связи a - управляющий параметр l. Цветные области отвечают состояниям, которые в центральной части среды близки к пространственно-однородным. Цвет кодирует временной период (показан цифрами 1, 2, 4, 8). Серая область соответствует возникновению неоднородных состояний - структур типа бегущих регулярных или хаотических волн. Обратите внимание на свойство самоподобия карты режимов: вблизи критической точки a=0, l=lс структура повторяет себя многократно, причем факторы скейлинга по вертикальной и горизонтальной осям d=4.6692 и n2=1.7698.

Диффузия и антисимметричная диссипативная связь

Рассмотрим теперь решетку связанных отображений, в которой оператор эволюции факторизуется, как в случае диффузионной связи, но не является симметричным


с граничными условиями x(0)=x*, x(m)=x*, где x* - значение динамической переменной, отвечающее неподвижной точке индивидуального отображения Представленная здесь помимо чистой диффузии антисимметричная диссипативная связь характеризуется параметром b. На рисунке слева вверху приведена карта режимов на плоскости параметр связи b– управляющий параметр l Цветные области отвечают состояниям, которые в центральной части среды близки к пространственно-однородным. Цвет кодирует временной период (показан цифрами 1, 2, 4, 8). Серая область соответствует возникновению неоднородных состояний - структур типа бегущих регулярных или хаотических волн. Вблизи критической точки b=0, l=lс карта режимов характеризуется скейлингом с факторами d=4.6692 и n2=1.4142 по вертикальной и горизонтальной оси, соответственно.

Диффузия и симметричная инерционная связь

Рассмотрим решетку связанных отображений

,

с граничными условиями периодичности x(0)=x(M). Здесь наряду с диффузионной (оператор L) представлена симметричная инерционная связь (параметр g). На рисунке справа вверху приведена карта режимов на плоскости параметр связи g– управляющий параметр l. Цветные области отвечают состояниям, которые в центральной части среды близки к пространственно-однородным. Цвет кодирует временной период (показан цифрами 1, 2, 4, 8). Серая область соответствует возникновению неоднородных состояний типа стоячих волн. Вблизи критической точки g=0, l=lс структура повторяет себя многократно, причем факторы скейлинга по вертикальной и горизонтальной осям d=4.6692 и n3=-1.2514.

Хостинг от uCoz
Решетки связанных отображений
Система двух связанных отображений: два типа связи
Два связанных отображения: ренормгрупповой анализ
Решетка связанных отображений: решеточный скейлинг
От решетки к непрерывной среде
Среда с разными типами связи
Сеть глобально связанных отображений
Решетки связанных отображений и динамика реальных физических систем

Саратовская группа
теоретической нелинейной
динамики
Хостинг от uCoz