Кіріспе
Динамикалық жүйелерді зерттеуде ван дер Пол осцилляторы (голландиялық физик Балтазар ван дер Полдың есімімен аталған) – сызықтық емес демпферлеуі бар, энергияны сақтамайтын тербелістік жүйе. Ол уақыт бойынша екінші реттік дифференциалдық теңдеуге сәйкес дамиды, мұнда x – уақыт t функциясы болып табылатын позиция координатасы, ал μ – сызықтық еместікті және демпферлеудің күшін көрсететін скалярлық параметр.
In the study of dynamical systems, the van der Pol oscillator (named for Dutch physicist Balthasar van der Pol) is a non conservative, oscillating system with non linear damping. It evolves in time according to the second order differential equation
where x is the position coordinate—which is a function of the time t—and μ is a scalar parameter indicating the nonlinearity and the strength of the damping.
Тарих
Ван дер Пол осцилляторын алғаш рет голландиялық электр инженері және физик Балтазар ван дер Пол Philips компаниясында жұмыс істеген кезде ұсынған. Ван дер Пол вакуумдық түтіктерді қолданатын электр тізбектерінде тұрақты тербелістерді тапты, ол оларды кейіннен босаңсу тербелістері деп атады және қазір шекті циклдың бір түрі ретінде белгілі. Бұл тізбектер шекті циклға жақын қозғалғанда, олар синхронды болады, яғни жетекші сигнал токты өзімен бірге тартып алады. Ван дер Пол және оның әріптесі ван дер Марк 1927 жылдың қыркүйек айындағы Nature журналында белгілі бір жетекші жиіліктерде нашар шу естілгенін, кейіннен ол детерминистік хаостың нәтижесі екені анықталды деп хабарлады. Ван дер Пол теңдеуі физикалық және биологиялық ғылымдарда ұзақ тарихы бар. Мысалы, биологияда Фитцхуг пен Нагумо теңдеуді жазықтықтағы өрісте нейрондардың әрекет потенциалының моделі ретінде кеңейтті. Теңдеу сейсмологияда геологиялық жарылымдағы екі тақташаны модельдеу үшін, сондай-ақ дауыс тудыру зерттеулерінде оң және сол дауыс жолдарының осцилляторларын модельдеу үшін де қолданылды.
Хопфтың екіге бөлінуі
μ нөлден азайғаннан нөлден артыққа өскенде, бастапқы спиральдік тартылыс спиральдік көзіне айналады және радиусы екіге тең шекті цикл күтпеген жерден пайда болады. Бұл өте сирек кездесетін жағдай: 1=ε = 0 болғанда дифференциалдық теңдеу сызықтық болады, ал бастапқы нүкте дөңгелек түйінге айналады. Хопф бифуркациясында шекті циклдің мөлшері болуы керек екенін ескере отырып, оны Хопф бифуркациясына түрлендіруге тырысамыз. Бұл шынымен де Хопф бифуркациясы.
Кванттық тербелісі
Кванттық ван дер Пол осцилляторы, классикалық ван дер Пол осцилляторының кванттық механика нұсқасы, оның кванттық динамикасы мен кванттық синхрондалуын зерттеу үшін Линдблад теңдеуін пайдалана отырып ұсынылған. Жоғарыдағы гамильтондық тәсілге қосымша екінші реттік теңдеумен байланысты фазалық кеңістікте шексіз траекториялар пайда болады, сондықтан ван дер Пол осцилляторын кванттау үшін қолданылмайды. Әлсіз сызықтықсыздықтың лимитінде (яғни μ→0) ван дер Пол осцилляторы Стюарт-Ландау теңдеуіне дейін тобықтайды. Стюарт-Ландау теңдеуі, шын мәнінде, әлсіз сызықтық емес лимитте шекті цикл осцилляторларының толық класын сипаттайды. Классикалық Стюарт-Ландау теңдеуінің түрі әлдеқайда қарапайым, және, бәлкім, таңқаларлық емес, ван дер Пол осцилляторының Линдблад теңдеуінен де қарапайым Линдблад теңдеуі арқылы квантталуы мүмкін. Кванттық Стюарт-Ландау моделі кванттық синхронизацияны зерттеуде маңызды рөл атқарды (бірақ ол ван дер Пол осцилляторымен бірегей түрде байланысты бола алмайды). Классикалық Стюарт-Ландау моделінің (μ→0) және жалпы шекті циклдік осцилляторлардың (еркін μ) арасындағы байланыс сәйкес кванттық модельдерде сандық түрде көрсетілді. Сұлба құрамында: триод, резистор R, конденсатор C, өзіндік индукциясы L және өзара индукциясы M бар біріктірілген индуктор жиынтығы. Ретті RLC схемасында i тогы бар, ал триод анодына ("пластинасына") қарай ia тогы, ал триодты басқару желісінде ug кернеуі бар. Ван дер Пол осцилляторы ауыспалы кернеу көзімен күштелдіріледі Es.]] Автор Джеймс Глейк 1987 жылы жарық көрген "Хаос: Жаңа ғылым жасау" кітабында вакуумдық түтікшелі Ван дер Пол осцилляторын сипаттады. New York Times газетінің мақаласына сәйкес, 1988 жылы Глейк оқырманынан заманауи электронды Ван дер Пол осцилляторын алған.