Читать «Критическая масса, как одни явления порождают другие» онлайн - страница 207

Модель песчаной кучи описывает неравновесное, но стационарное состояние. Неравновесность означает, что система постоянно меняется (хотя бы в силу изменения числа частиц, непрерывно добавляемых в систему), а стационарность — то, что система может оставаться в этом состоянии сколь угодно долго. Система не может вообще рассматриваться даже в качестве стремящейся к равновесию, так как постоянное падение песчинок на вершину кучи выступает в качестве внешней возмущающей силы. Описываемая самоорганизующаяся критичность является свойством именно этого класса неравновесных систем.

Обнаружение этого свойства стало одним из важнейших открытий статистической физики за последние два десятилетия, а его изучение уже привело к многим очень интересным и важным результатам. Тщательно изучая статистические данные, команда Пера Бака выявила степенной закон распределения вероятностей (основной признак существования самоорганизующейся критичности) в разнообразных природных явлениях. Возьмем в качестве примера землетрясения. Еще в 1940-х годах сейсмологи Бено Гутенберг и Чарльз Рихтер из Калифорнийского технологического института, изучив каталоги землетрясений в мировом масштабе и построив соответствующие графики, вдруг обнаружили степенной закон распределения их мощности. Долгие годы этому странному факту не удавалось найти никакого объяснения, пока к этим статистическим данным не был применен подход, основанный на самоорганизующейся критичности. Ситуация напоминает описанную модель, так как движения земной коры постоянно создают напряжения между тектоническими плитами. Время от времени это напряжение разряжается в виде землетрясений, приводящих к установлению временного и локального равновесия, однако затем напряжения начинают нарастать вновь. Обычно такие колебания имеют небольшой размах или даже сводятся к мелким толчкам, но иногда, как и полагается по модели, они могут «накапливаться», вследствие чего происходят чрезвычайно мощные тектонические сдвиги, приводящие к катастрофическим землетрясениям (Лос-Анджелес, Токио и т.п.).

Бак и его коллеги уловили признаки самоорганизующейся критичности даже в динамике развития лесных пожаров. Известно, что от таких пожаров страдают многие страны и обширные регионы, причем в большинстве случаев они носят лишь локальный характер, но изредка принимают гигантские масштабы и уничтожают целые лесные массивы. Как считает сам Бак, «отпечатки пальцев» самоорганизующейся критичности в виде степенного закона распределения флуктуаций можно обнаружить во множестве природных явлений различной природы, от вулканической активности и вспышек на Солнце до малопонятных астрономических событий, происходящих в нейтронных звездах, или распределения числа биологических видов в древних отложениях.