Введение

Результаты в динамических системах
Теорема Колмогорова — Арнольда — Мозера (KAM) — это результат в динамических системах, касающийся устойчивости квазипериодических движений при малых возмущениях. Теорема частично решает проблему малых делителей, возникающую в теории возмущений классической механики. Суть проблемы заключается в том, приводит ли малое возмущение консервативной динамической системы к сохранению квазипериодической орбиты. Первое значительное решение этой проблемы было предложено Андреем Колмогоровым в 1954 году. Строгое доказательство и обобщение были даны Юргеном Мозером в 1962 году (для гладких отображений скручивания) и Владимиром Арнольдом в 1963 году (для аналитических гамильтоновых систем), и общий результат известен как теорема КАМ. Изначально Арнольд полагал, что эта теорема может быть применима к движению Солнечной системы или другим случаям n-тельной задачи, однако оказалось, что она работает только для трех тел из-за вырождения в его формулировке задачи для большего числа тел. Позднее Габриэлла Пинзари показала, как устранить это вырождение, разработав вращательно-инвариантный вариант теоремы.

Интегрируемые гамильтоновые системы

Теорема КАМ обычно формулируется в терминах траекторий в фазовом пространстве интегрируемой гамильтоновой системы. Движение в интегрируемой системе ограничено инвариантным тором (поверхностью, имеющей форму тора или бублика). Различные начальные условия интегрируемой гамильтоновой системы будут описывать различные инвариантные торы в фазовом пространстве. График координат интегрируемой системы покажет, что они квазипериодичны.

Расстройства

Теорема КАМ утверждает, что если система подвергается слабому нелинейному возмущению, некоторые из инвариантных торов деформируются и сохраняются, то есть существует отображение с исходного многообразия на деформированное, которое непрерывно зависит от возмущения. Напротив, другие инвариантные торы разрушаются: даже сколь угодно малые возмущения приводят к тому, что многообразие перестает быть инвариантным, и не существует такого отображения на близлежащие многообразия. Сохраняющиеся торы удовлетворяют условию нерезонанса, то есть имеют «достаточно иррациональные» частоты. Это означает, что движение на деформированномторе остается квазипериодическим, с изменением независимых периодов (как следствие условия невырожденности). Теорема КАМ определяет величину возмущения, при которой это справедливо. Те торы КАМ, которые разрушаются возмущением, становятся инвариантными множествами Кантора, названными Кантори Иэном К. Персивалем в 1979 году. Условия нерезонанса и невырожденности теоремы КАМ становятся все более сложными для выполнения в системах с большим числом степеней свободы. С увеличением размерности системы объем, занимаемый торами, уменьшается. По мере роста возмущения и разрушения гладких кривых мы переходим от теории КАМ к теории Обри-Матера, которая требует менее строгих предположений и работает с множествами, подобными Кантору. Существование теоремы КАМ для возмущений квантовых многочастичных интегрируемых систем остается открытым вопросом, хотя предполагается, что сколь угодно малые возмущения разрушают интегрируемость в пределе бесконечного размера.

Последствия

Важным следствием теоремы КАМ является то, что для большого множества начальных условий движение остаётся постоянно квазипериодическим.

Теория КАМ

Методы, разработанные Колмогоровым, Арнольдом и Мозером, превратились в обширную область исследований, посвященную квазипериодическим движениям, ныне известную как теория КАМ. В частности, она была расширена на негамильтоновы системы (начиная с работ Мозера), на непертурбативные ситуации (как в работах Майкла Германа) и на системы с быстрыми и медленными частотами (как в работах Михаила Б. Севрюка).