ریاضی‌دان‌ها و كنترل آشوب

ممكن است روزی برسد كه هوا شناسان با ایجاد تغییرات كوچك مداوم در جو، هوا را كنترل كنند. در چند سال گذشته ریاضی دانان دانشگاه مری لند تحت سرپرستی تروی شین برو مشغول ایجاد روش‌های نظری كنترل سیستم‌های
سه‌شنبه، 1 دی 1394
تخمین زمان مطالعه:
موارد بیشتر برای شما
ریاضی‌دان‌ها و كنترل آشوب
ریاضی‌دان‌ها و كنترل آشوب

 

مترجم: احمد رازیانی
منبع:راسخون




 

ممكن است روزی برسد كه هوا شناسان با ایجاد تغییرات كوچك مداوم در جو، هوا را كنترل كنند. در چند سال گذشته ریاضی دانان دانشگاه مری لند تحت سرپرستی تروی شین برو مشغول ایجاد روش‌های نظری كنترل سیستم‌های آشوبناك بوده‌اند؛ هوا نمونه خیلی پیچیده‌ای از این سیستم‌هاست. در مقاله‌ای كه این پژوهشگران در ماه مه منتشر كردند برای اولین بار نشان دادند كه می‌توانند آشوب را در دنیای واقعی كنترل كنند. آن‌ها نوار مغناطیسی باریكی را كه در یك میدان مغناطیسی حركت نوسانی آشوبناكی داشت مهار كردند و می‌گویند كه تكنیكشان را می‌توان به موارد بسیار پیچیده‌تر آشوب بسط داد. شین برو می‌گوید در بعضی شرایط می‌شود از ایجاد بعضی نقش‌های جوی صحبت كرد. ولی البته نمی‌توان كاری كرد كه مثلاً در روز سوم ژوئن در ایست اِند لندن باران نیاید. ما امیدواریم كه بتوانیم از عهده مسئله كلی‌تر ایجاد نقش، مثلاً گرد بادهای كوچك در سیستم‌های متلاطم بر بیاییم.
شاخص سیستم‌های آشوبناك، حساسیت بسیار زیاد آن‌ها نسبت به اختلال‌های كوچك است – بال زدن پروانه‌ای در چین می‌تواند، هفته‌ها بعد به توفانی در گلاسگو بینجامد. این اثر پروانه ریشه پیش بینی ناپذیری سیستم‌های آشوبناك است. اما شین برو از این موضوع استفاده می‌كند تا آشوب را مهار كند. در آزمایش مری لند، محققان یك نوار مغناطیسی را از یك انتها مقید كردند تا رو به بالا قرار بگیرد. سپس این نوار را در یك میدان مغناطیسی افقی با دو مؤلفه قرار دادند، یك مؤلفه میدانی بود به شدت ثابت و دیگری میدانی كه به طور منظم تغییر می‌كرد. وقتی نوار به حال خودش گذاشته می‌شود، خاصیت مغناطیسی سبب می‌شود كه نوار به طرزی سخت آشوبناك و غیر قابل پیش بینی پیچ و تاب بخورد و شق و رق شود. از دیدگاه نظری، این نوار چندین چرخه‌ی رفتاری یعنی الگوی پیچ و تاب خوردن و سفت شدن دارد كه الی‌الابد می‌توانند تكرار شوند. اما نوار چنان به ضربه‌های كوچك، مثلاً وزش خیلی ارام هوا، حساس بود كه از چرخه خارج می‌شد و به سرعت بین چرخه‌ها رفت و آمد می‌كرد و رفتاری كتره‌ای بروز می‌داد.
قصد آزمایش‌گران این بود كه نوار را به چرخه مشخصی منتقل كنند و در آن نگه دارند. برای این كار با تغییر قسمت ثابت میدان مغناطیسی ضربه آهسته‌ای به نوار وارد می‌شد. لیزری مكان این نوار را می‌پایید هر ثانیه یك بار، نتیجه به كامپیوتری داده می‌شد كه حساب می‌كرد میدان مغناطیسی باید به چه نحوی تنظیم می‌شد. نوار، وقتی به این طریق كنترل می‌شد به چرخه مورد نظر می‌رسید كه 25 مرتبه سریع‌تر از موقعی بود كه به حال خودش رها می‌شد. وقتی نوار به چرخه مورد نظر می‌رسید، محققان می‌توانستند آن را در همان حال نگه دارند.
ادواردآت، یكی از همكاران شین برو می‌گوید: می‌توانید از جایی شروع كنید كه نزدیك به نقطه‌ای كه می‌خواهید نیست. سپس با اثر پروانه سیستم را به جایی كه مورد نظر است هدایت كنید. اگر تغییراتی كه می‌دهید خیلی حساس و زیركانه باشد می‌توانید سیستم را از A به B برسانید.
نوار مغناطیسی این آزمایش، یك سیستم یك بعدی است. رفتار آن تنها با یك پارامتر (یعنی شدت میدان مغناطیسی ثابت) كنترل می‌شود. آت عقیده دارد كه هوا، سیستمی چند بعدی است و مسلماً ابعادش بیشتر از پنج است، شاید هم صد باشد، كسی نمی‌داند. متأسفانه با افزایش تعداد ابعاد سیستم، الگوریتمی هم كه ضربه‌های آهسته لازم را برای رسیدن به چرخه مورد نظر محاسبه می‌كند، پیچیده‌تر می‌شود. به عقیده آت یك سیستم پنج بعدی، پیچیده‌ترین سیستمی است كه با تكنیك‌های ریاضی موجود می‌توان به آن پرداخت. حتی با بسط و توسعه تكنیك‌های جدید، برای ابعاد بالاتر به توان محاسباتی عظیمی برای محاسبه نحوه وارد آوردن ضربه‌های لازم در زمان واقعی نیاز است. آت هم مانند شین برو تصور می‌كند كنترل هوا خیلی دشوار است. به نظر آت در مواردی كه هوا مانند سیستمی با ابعاد كم رفتار می‌كند، شاید این كار ممكن باشد. تاكنون اكثر دانشمندان عملاً وقتشان را صرف از بین بردن آشوب كرده‌اند. اما شین برو تأكید دارد كه با استفاده از تكنیك مری‌لند می‌توان سیستم‌های نسبتاً بزرگ را با تنظیم‌های كوچك كنترل كرد. با این ملاحظات، شاید كاراتر آن باشد كه آشوب در طراحی سیستم‌ها منظور شود نه اینكه از بیرون به آن‌ها اعمال شود. شین برو می‌گوید: كسی تصور نمی‌كند كه آشوب بتواند مفید هم واقع شود اما این روش، راهی در این جهت می‌گشاید.
یكی از كاربردهای این نظر جدید در كارخانه‌های بزرگ شیمیایی است. مثلاً می‌دانیم كه مخلوط كردن مواد شیمیایی برای ساخت پلی استر در مقیاس صنعتی فرایندی آشوبناك با ابعاد بین 3 و4 است. بر طبق گفته ادوارد نورمن از ایستگاه آزمایشی دوپونت در دل ور، شركت‌ها می‌خواهند مخلوط واكنش دهنده را آشوبناك نگه دارند تا سرعت اختلاط زیاد شود.
اگر سرعت مخلوط كردن مواد شیمیایی زیاد شود، سرعت حركت از 95% ماكزیمم نظری به 99% افزایش می‌یابد؛ این كار را فقط با كنترل آشوب می‌توان انجام داد. به نظر نورمن این فكر خیلی تحریك كننده است ولی فعلاً نمی‌توانیم اجرایش كنیم. حتی یك درصد پیشرفت در این جهت، میلیون‌ها دلار در سال برای شركت‌های شیمیایی می‌ارزد.

/ج

 

 

تبلیغات در راسخون
ارسال نظر
با تشکر، نظر شما پس از بررسی و تایید در سایت قرار خواهد گرفت.
متاسفانه در برقراری ارتباط خطایی رخ داده. لطفاً دوباره تلاش کنید.
موارد بیشتر برای شما
گوشه هایی از فعالیت محیط‌بانان در ارتفاعات شمال غرب کشور + فیلم
play_arrow
گوشه هایی از فعالیت محیط‌بانان در ارتفاعات شمال غرب کشور + فیلم
ترامپ درباره ایران: صحبت‌هایی در جریان است + فیلم
play_arrow
ترامپ درباره ایران: صحبت‌هایی در جریان است + فیلم
پیام حسن یزدانی برای فرزندش پس از کسب برنز + فیلم
play_arrow
پیام حسن یزدانی برای فرزندش پس از کسب برنز + فیلم
حزب‌الله: توسعه روابط با ایران ضرورت امروز لبنان است + فیلم
play_arrow
حزب‌الله: توسعه روابط با ایران ضرورت امروز لبنان است + فیلم
حرکات جالب امیرحسین زارع پس از پیروزی مقابل رقیب آمریکایی + فیلم
play_arrow
حرکات جالب امیرحسین زارع پس از پیروزی مقابل رقیب آمریکایی + فیلم
ترامپ: به معترضین من ۲۰۰ دلار می‌دهند که به من اعتراض کنند + فیلم
play_arrow
ترامپ: به معترضین من ۲۰۰ دلار می‌دهند که به من اعتراض کنند + فیلم
ویدیو صفحه اتحادیه جهانی کشتی پس از کسب مدال برنز کشتی‌گیران ایرانی + فیلم
play_arrow
ویدیو صفحه اتحادیه جهانی کشتی پس از کسب مدال برنز کشتی‌گیران ایرانی + فیلم
فواد ایزدی: اکثریت مردم آمریکا مخالف جنگ هستند + فیلم
play_arrow
فواد ایزدی: اکثریت مردم آمریکا مخالف جنگ هستند + فیلم
دنیای شگفت‌انگیز عکاسی ماکرو؛ جزئیاتی از حشرات که با چشم غیرمسلح دیده نمی‌شوند + فیلم
play_arrow
دنیای شگفت‌انگیز عکاسی ماکرو؛ جزئیاتی از حشرات که با چشم غیرمسلح دیده نمی‌شوند + فیلم
رونمایی از سگ رباتیک آتش‌نشان برای عملیات در مناطق پرخطر + فیلم
play_arrow
رونمایی از سگ رباتیک آتش‌نشان برای عملیات در مناطق پرخطر + فیلم
روایت رئیس صداوسیما از دیدار با شهید لاریجانی در روز ۹ اسفند درباره اعلام خبر شهادت رهبر انقلاب + فیلم
play_arrow
روایت رئیس صداوسیما از دیدار با شهید لاریجانی در روز ۹ اسفند درباره اعلام خبر شهادت رهبر انقلاب + فیلم
حمله لفظی ترامپ به خبرنگار رویترز؛ قیافه‌ات افتضاح است، برو به خودت برس + فیلم
play_arrow
حمله لفظی ترامپ به خبرنگار رویترز؛ قیافه‌ات افتضاح است، برو به خودت برس + فیلم
افسر بازنشسته نیروی دریایی آمریکا: فروپاشی کامل ساختار پشتیبانی و لجستیک عملیاتی آمریکا در خاورمیانه توسط ایران + فیلم
play_arrow
افسر بازنشسته نیروی دریایی آمریکا: فروپاشی کامل ساختار پشتیبانی و لجستیک عملیاتی آمریکا در خاورمیانه توسط ایران + فیلم
نایب‌رئیس مجلس: مطالبه تغییر دکترین هسته‌ای باید بررسی شود + فیلم
play_arrow
نایب‌رئیس مجلس: مطالبه تغییر دکترین هسته‌ای باید بررسی شود + فیلم
پوتین: برای جنگ با اروپا آماده‌ایم، اما قصد جنگ نداریم + فیلم
play_arrow
پوتین: برای جنگ با اروپا آماده‌ایم، اما قصد جنگ نداریم + فیلم