В диссипативных системах при стремлении системы к аттрактору происходит сжатие
фазового объёма в точку, если аттрактор - узел или фокус;
в замкнутую траекторию, соответствующую устойчивому периодическому движению,
если аттрактор - предельный цикл; в тор, соответствующий устойчивому
квазипериодическому движению, если аттрактор - двумерный тор.
Однако в трёхмерном пространстве состояний существуют ещё и аттракторы
непериодические. Это так называемые странные аттракторы - аттракторы,
отличные от стационарной точки, предельного цикла и двумерного тора.
В случае странного аттрактора также происходит сжатие фазового объёма диссипативной динамической системы,
приводящее к тому, что фазовые траектории с течением времени стягиваются к предельному множеству - странному аттрактору - и,
попав в область, занятую им, остаются в ней навсегда. Однако на самом аттракторе движение является неустойчивым.
Иначе говоря, поведение системы со странным аттрактором характеризуется сочетанием глобального сжатия фазового объёма с локальной неустойчивостью фазовых траекторий.
Фазовые траектории странного аттрактора очень чувствительны к начальным данным.
Сочетание сильной зависимости от начальных данных с приближённым их значением обусловливает невозможность точных
долговременных прогнозов относительно эволюции систем со странным аттрактором.
С практической точки зрения одной из наиболее чувствительных систем следует
считать атмосферу. Лоренц в 1963 г. высказал предположение о том, что динамика атмосферы весьма чувствительна
к начальным условиям. Из этой гипотезы вытекают самые серьёзные следствия для предсказания погоды, даже если
бы нам удалось усовершенствовать метеорологические модели и сбор данных.
Лоренц обнаружил, что сократив число членов в уравнении Навье-Стокса,
можно получить нелинейную систему уравнений с тремя переменными, сохраняющую много характерных особенностей
исходной системы. Эту модель мы и рассмотрим более подробно, так как она оказалась наглядным примером трёхмерной
системы, обладающей странным аттрактором.
|