Эволюция и динамическая стабилизация мезоскопических диссипативных структур (вращающихся автоволн) с кратными топологическими зарядами в трехуровневых возбудимых системах

Abstract

Работа посвящена компьютерному моделированию эволюции мезоскопических диссипативных структур (ДС), возникающих в трехуровневых возбудимых системах фазерного типа. Основное внимание уделено изучению вращающихся спиральных автоволн (ВСА), в том числе устойчивых ВСА с кратными топологическими зарядами. В наших компьютерных экспериментах обнаружены и детально изучены размерные эффекты для таких ВСА. Продемонстрирована гиперчувствительность к начальным условиям для мультистабильной возбудимой системы, имеющей пространственные аттракторы в форме ВСА с различными высшими топологическими зарядами. Впервые выполнено моделирование эффекта пространственного сосуществования регулярных и нерегулярных ДС при медленных переходных процессах в возбудимой среде (подобный эффект наблюдался нами ранее в реальных экспериментах на рубиновом фазере).

Робота присвячена комп'ютерному моделюванню еволюції мезоскопічних дисипативних структур (ДС), що виникають у трирівневих збуджуваних системах фазерного типу. Основну увагу приділено вивченню обертових спіральних автохвиль (ОСА), у тому числі стійких ОСА з кратними топологічними зарядами. У наших комп'ютерних експериментах виявлені та детально вивчені розмірні ефекти для таких ОСА. Продемонстрована гіперчутливість до початкових умов для мультистабільної збуджуваної системи, що має просторові атрактори у формі ОСА з різними вищими топологічними зарядами. Вперше виконано моделювання ефекту просторового співіснування регулярних та нерегулярних ДС при повільних перехідних процесах у збуджуваному середовищі (подібний ефект спостерігався нами раніше у реальних експериментах на рубіновому фазері).

The work is devoted to computer modeling of evolution of mesoscopic dissipative structures (DS), which emerge in three-level excitable systems of the phaser type. The main attention is concentrared on the investigation of the rotating spiral autowaves (RSA), including stable RSA with multiple topological charges. In our computer experimemts, the dimensional phenomena for such the RSA were revealed and investigated in details. The hypersensitivity to initial conditions was demonstrated for a multistable excitable system having spatial attractors in the form of RSA with various higher topological charges. The phenomenon of spatial coexistence of regular and irregular DS during slow transition processes in excitable medium is modeled for the first time (such the phenomenon was observed by us earlier in real experiments on the ruby phaser).