АВТОВОЛНЫ

Расстановка ударений: АВТОВО`ЛНЫ

АВТОВОЛНЫ — разновидность самоподдерживающихся волн в активных, т. е. содержащих источники энергии, средах (распределённых системах). Первоначально термин «А.» предназначался для любых видов автоколебат. процессов в системах с распределёнными параметрами, но затем стал применяться гл. обр. к таким процессам, где с волной переносятся лишь относительно малые порции энергии, необходимые для синхронизации, последоват. запуска или переключения элементов активной среды. В той же степени, как и в обычных автоколебаниях, характер установившегося движения в целом определяется (с точностью до фазы) свойствами системы и не зависит от нач. условий, локальная структура А. «оторвана» и от начальных, и от граничных условий. В простейших случаях А. описываются нелинейным параболич. (диффузионным) ур-нием

(*)

где f(u) — нелинейная ф-ция, характеризующая, в частности, локальные источники энергии в среде, τ — время релаксации, D — коэфф. диффузии. Значения и, обращающие f в нуль, отвечают состояниям равновесия (устойчивым или неустойчивым). Если таких значений несколько, то в системе возможны А. переброса из одного состояния в другое. Скорость таких волн имеет порядок , а длительность — порядок τ.

В системах из двух или более компонент А. описываются неск. связанными ур-ниями вида (*) с различными, вообще говоря, параметрами τ и D. В них А. могут иметь более сложный вид, напр, одиночных импульсов (импульс возбуждения в нервном волокне и др.) или периодич. волн (плоских, круговых, спиральных).

Химически активная среда, представляющая собой гонкий слой водного раствора, в к-ром идёт автоколебат. реакция окисления малоновой к-ты броматом,катализируемая комплексными ионами железа, является весьма удобным объектом, где наблюдалось наиб. число разл. типов А. (рис. 1 и 2). Простые А. (квазиплоские, с пост, скоростью) являются нормальным режимом в важных биол. системах и в ряде технол. процессов: горении всех видов, гетерогенном катализе, передаче информации в активных линиях и т. д. Во всех этих случаях сложные А. (вращающиеся, спиральные, пульсирующие) — причина срыва юрмального режима или возникновения шумов, неустойчивостей и помех. Теория А. активно развивался, однако ещё далека от завершения.

Важнейший пример А.— импульсы возбуждения в биол. мембранных системах (нервных волокнах, мышцах, миокарде), где компонентами являются транс-мембранная разность потенциалов и ионная проводимость мембраны. В частности, в сердце имеется т. н. водитель ритма — небольшая область, где мембрана находится в автоколебат. режиме. В норме А., распространяющаяся от водителя ритма, имеет длину (∼1 м) много большую, чем линейные размеры сердца (∼5 см), что обеспечивает одноврем. сокращение всей массы миокарда. Однако при ряде патологий возникают разрывы фронта нормальной А., из последних образуются спиральные. А. с очень малой длиной (∼0,1 — 1 см), что ведёт к смертельно опасным нарушениям режима сокращения сердца. Теория А. позволяет выделить параметры, ответственные за устойчивость нормальных и паразитных А.

Рис.1. Концентрисеские автоволны в химически активной среде, исходящие из точечного источника - ведущего центра. период следования волн T≈0,55 см, длина волны λ≈0,55 см, интервалы между кадрами 45 с, скорость волны υ≈0,01 ^см/_с

Рис.2. Спиральные волны в химически активной среде, образующиеся после разрыва фронта концентрической волны. В установившемся режиме Т=15 с, λ=0,15 см, интервалы между кадрами 30 с, скорость волны υ=0,01 ^см/_с

К А. часто относят и стационарные упорядоченные распределения (т. н. диссипативные структуры), возникающие в активных средах, описываемых диффузионными ур-ниями. А. играют также важную роль в морфогенезе, образуя структуры, предшествующие окончат, установлению формы многоклеточных организмов.

Лит.: Жаботинский А. М., Концентрационные автоколебания, М., 1974; Скотт Э., Волны в активных и нелинейных средах в приложении к электронике, пер. с англ., М., 1977; Автоволновые процессы в системах с диффузией, Г., 1981; Field R. J., Вurgег М., Oscillations and travelling waves in chemical systems, N.Y.— [a.o.], 1984.

А. М. Жаботинспий

Источники:

1. Физическая энциклопедия/Гл. ред. А. М. Прохоров. Ред. кол. Д. М. Алексеев, А. М. Балдин, А. М. Бонч-Бруевич, А. С. Боровик-Романов и др.- М.: Сов. энциклопедия. Т.I. Ааронова - Бома эффект - Длинные линии. 1988. 704 с., ил.