Работа А. Н. Колмогорова 1934 г. — основа для объяснения статистики природных явлений макромира
Г.С. Голицын
Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН, Пыжевский пер., 3, Москва, 109017, Российская Федерация
Работа А.Н. Колмогорова 1934 г. [1] "Случайные движения", далее АНК34, использует
уравнение типа Фоккера—Планка для 6-мерного вектора с полной, а не частной
производной по времени, и с лапласианом в пространстве скоростей. Коэффициентом
диффузии при этом является ε, скорость генерации/диссипации энергии. Это уравнение
получается при задании ускорений частиц ансамбля марковскими процессами, т. е.
случайными процессами, δ-коррелированными по времени и между собой.
Фундаментальное решение этого уравнения было указано еще в [1] и было использовано
А.М. Обуховым [2] в 1958 г. для описания турбулентного потока в инерционном
интервале [3]. Уже недавно [4, 5] было замечено, что уравнение типа Фоккера—Планка,
написанное Колмогоровым в [1], содержит в себе описание статистики других случайных
природных процессов, землетрясений, морского волнения и прочих [5]. Это уравнение
заменой переменных с масштабами для скоростей и для координат сводится к
автомодельному виду, не содержащему явно коэффициента диффузии [6]. Численный счет
подтверждает наличие таких масштабов в системах, с числом N событий, в ансамблях,
начиная с N=10. При N = 100 эти масштабы практически точно совпадают с теорией
АНК34. Эта теория, содержащая результаты 1941 г., проложила путь и к более сложным
случайным системам, содержащим достаточное количество параметров, чтобы образовать
внешний параметр подобия. Это ведет к изменению характеристик случайного процесса,
например, к изменению наклона временного спектра, как в случае землетрясений и в ряде
других процессов (морское волнение, спектр энергии космических лучей, зоны
затоплений при наводнениях и т. д.). Обзор конкретных случайных процессов, изученных
экспериментально, дает методику, как следует поступать при сравнении
экспериментальных данных с теорией АНК34. Таким образом эмпирические данные
иллюстрируют справедливость фундаментальных законов теории вероятности. Статья
является многократным сокращением монографии автора, где впервые идеи работы
АНК34 применялись для объяснения в вероятностном смысле многих экспериментальных
закономерностей, десятилетиями рассматривавшихся чистой эмпирикой.
|