Подавляющее большинство физико-химических систем содержит больше двух переменных.
Например, в системе, описывающей реакцию Бриггса-Раушера, их 6; в системе, описывающей реакцию Белоусова-Жаботинского, - 8;
в системах сложных структурированных моделей, описывающих развитие и гибель клеточных популяций, может быть до 10
и более переменных. Поэтому если бы бифуркационный анализ оказался полезным лишь для одномерных и двумерных систем,
он стал бы скорее занятной игрушкой, нежели мощным средством изучения физико-химических систем. Однако это не так.
Существуют методы исследования систем с понижением их размерности. Благодаря этим методам формулировки различных типов
бифуркаций применимы к чрезвычайно широким классам систем, независимо от числа описывающих их переменных и степени
нелинейности уравнений.
Один из этих методов заключается в рассмотрении физико-химической системы с
точки зрения динамической неравномерности её составляющих. Во многих случаях анализ динамики систем приводит к
целому набору временных масштабов, обусловленных различиями в несколько порядков между значениями параметров
или переменных. В результате значения одних переменных изменяются намного быстрее, чем значения других, которые
в конечном итоге и будут определять состояние системы в данный момент времени.
Так, например, в процессах горения энергия активации некоторых экзотермических
реакций очень высока, поэтому реакции, по крайней мере на начальных стадиях, протекают гораздо медленнее,
нежели процессы переноса энергии и импульса. При проведении каталитических реакций в лабораторных условиях
концентрация катализатора всегда намного меньше, чем концентрации реагентов и продуктов реакции, а скорость
реакции существенно превышает собственную, т. е. скорость в отсутствие катализатора. В результате некоторые
промежуточные стадии с катализатором протекают очень быстро.
Другой метод понижения размерности систем заключается в исследовании их
периодической динамики с помощью отображений, возникающих на сечениях Пуанкаре.
|