Моделирование климата Земли — проблема физики и нелинейной динамики

Наука и жизньНаука

О маятниках, скакалках и климатических моделях

Кандидат физико-математических наук Константин Юшков

В научном мире давно сложилось представление, что моделирование климата Земли — проблема физики и нелинейной динамики. Несомненным признанием этого факта стало и присуждение Нобелевской премии по физике в 2021 году «за физическое моделирование климата Земли, количественную оценку изменчивости и надёжное прогнозирование глобального потепления» («for the physical modelling of Earth’s climate, quantifying variability and reliably predicting global warming») и «за открытие взаимодействия беспорядка и колебаний в физических системах от атомного до планетарного масштабов» («for the discovery of the interplay of disorder and fluctuations in physical systems from atomic to planetary scales»)*.

В третьем номере журнала «Наука и жизнь» за 2022 год опубликована статья доктора географических наук Б. Г. Шерстюкова «Почему изменяется климат?», где рассмотрена гипотеза резонансного воздействия космических факторов на климат Земли. Мне бы хотелось прокомментировать статью с точки зрения основ теории колебаний.

Классическими колебательными системами, с которых в физике начинается знакомство с теорией колебаний, являются маятник, струна или камертон, груз на пружине, электрический контур из катушки индуктивности и конденсатора. Колебания во всех этих системах сопровождаются периодическим преобразованием между двумя типами энергии — кинетической и потенциальной, а период колебаний не зависит от величины начального возмущения, то есть смещения состояния системы от состояния покоя (равновесия). Линейной колебательной системе присуще следующее свойство: сила, стремящаяся вернуть её в положение равновесия, пропорциональна отклонению от положения равновесия. Иными словами, чем больше мы натягиваем струну, тем большую силу надо приложить и тем громче она будет звучать, но нота, на которой она звучит, останется постоянной. Другое важное свойство всех линейных систем — принцип суперпозиции: если в такой системе возбудить несколько колебаний на различных частотах, они будут складываться, не влияя друг на друга.

Под действием периодической внешней силы (такие колебания называются вынужденными) линейная система совершает колебания на частоте воздействия, а не на собственной частоте колебаний, а вот амплитуда колебаний будет тем больше, чем ближе частота действия силы к собственной частоте колебаний системы. Это и есть классический резонанс. Для вынужденных колебаний можно найти и «фазовую задержку» — величину, характеризующую запаздывание колебаний системы относительно действующей силы. На малых частотах линейная система колеблется практически без задержки, на больших частотах колебания происходят с задержкой на половину периода внешней силы, а в резонансе — с задержкой на четверть периода.

В статье «Почему изменяется климат?» автор пишет: «Собственная частота маятника определяется только длиной его нити. Его невозможно раскачать на другой частоте…». Строго говоря, теория колебаний утверждает обратное. Если на маятник действует периодическая внешняя сила, то вначале в нём возникнут два независимых колебания: на собственной частоте маятника и на частоте внешней силы. Со временем собственные колебания затухнут и останутся только вынужденные колебания на частоте внешней силы. Близость частоты внешней силы к собственной, резонансной, частоте маятника определяет, насколько велика будет амплитуда этих вынужденных колебаний. В качестве примера можно привести приливы и отливы на море. Если представить весь Мировой океан как распределённую колебательную систему, в ней, несомненно, возможны собственные колебания типа волн цунами, но какова бы ни была частота таких колебаний, мы наблюдаем колебания уровня моря именно на частоте периодического внешнего воздействия, связанного с суточным вращением Луны и Солнца в земной системе отсчёта.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

«Держать город Кронштадт под обстрелом и день, и ночь» «Держать город Кронштадт под обстрелом и день, и ночь»

100 лет назад был подавлен крупнейший очаг сопротивления монополии на власть

Дилетант
Почему «тургеневская барышня» — не комплимент: многие бездумно используют это обидное словосочетание Почему «тургеневская барышня» — не комплимент: многие бездумно используют это обидное словосочетание

«Ты такая нежная и изящная — прямо-таки тургеневская девушка!»

The Voicemag
Используй ложку и телефон: 20 способов доставить себе удовольствие Используй ложку и телефон: 20 способов доставить себе удовольствие

Двадцать разных способов мастурбации на любой вкус и цвет

Cosmopolitan
В Россию возвращаются машины из Ирана. Что нужно знать про Iran Khodro В Россию возвращаются машины из Ирана. Что нужно знать про Iran Khodro

Iran Khodro — французская техника, иранский дизайн и новый амбициозный кроссовер

РБК
ДК Бондарев ДК Бондарев

Приглашаем на экскурсию в музей-квартиру художника Сергея Бондарева

Собака.ru
Не просто выбросить, а заработать Не просто выбросить, а заработать

5 выгодных способов избавиться от старой техники

Лиза
Обзор Keyran: программы для создания и запуска макросов Обзор Keyran: программы для создания и запуска макросов

Макросы можно использовать как в играх, так и в обычной жизни

CHIP
Не только о драконах: краткий гид по современному фэнтези Не только о драконах: краткий гид по современному фэнтези

Разбираемся, из чего состоит литературный жанр фэнтези

Правила жизни
Почему факты не переубеждают Почему факты не переубеждают

Что заставляет нас держаться за ложные представления?

Reminder
«Присваивать уже нечего, от прошлого остался один песок» «Присваивать уже нечего, от прошлого остался один песок»

Ирина Сандомирская о том, как реставрация переизобретала и уничтожала прошлое

Weekend
По законам геометрии По законам геометрии

Оригинальная кровля делает неповторимым внешний облик этого частного владения

SALON-Interior
«Лавка Болотова». Как металлург из Тулы стал поставщиком помидоров в White Rabbit, Selfie и рестораны Новикова «Лавка Болотова». Как металлург из Тулы стал поставщиком помидоров в White Rabbit, Selfie и рестораны Новикова

Можно ли бросить всё, сделать ставку на продажу овощей и выиграть?

Inc.
10 фактов о водке, которые ты скорее всего не знал 10 фактов о водке, которые ты скорее всего не знал

Думаешь, знаешь о водке все? Спорим на бутылку коньяка, что нет?

Maxim
Работа — стиль жизни, коллектив — семья: работники рассказывают о «тревожных звоночках» на собеседованиях Работа — стиль жизни, коллектив — семья: работники рассказывают о «тревожных звоночках» на собеседованиях

Какие высказывания нанимателей на собеседованиях считаются «тревожным звоночком»

VC.RU
Замки из песка. Обзор метавселенной The Sandbox Замки из песка. Обзор метавселенной The Sandbox

Блокчейн-игра The Sandbox стала для многих пользователей настоящей «песочницей»

Цифровой океан
Катерина Сильванова, Елена Малисова: «О чем молчит Ласточка». Продолжение бестселлера «Лето в пионерском галстуке» Катерина Сильванова, Елена Малисова: «О чем молчит Ласточка». Продолжение бестселлера «Лето в пионерском галстуке»

Глава из книги «О чем молчит Ласточка» — о рефлексии юношеской любви

СНОБ
Детство и юность Людмилы Гурченко. О малоизвестных фактах из жизни великой актрисы рассказывают ее друзья детства Детство и юность Людмилы Гурченко. О малоизвестных фактах из жизни великой актрисы рассказывают ее друзья детства

Бесценные свидетельства тех, кто знал Людмилу Гурченко в детстве и юности

Коллекция. Караван историй
«Современная энциклопедия для девочек»: что нужно с детстсва знать о личных границах «Современная энциклопедия для девочек»: что нужно с детстсва знать о личных границах

«Современной энциклопедии для девочек» — как девочкам искать и защищать себя

Forbes
Гриша Брускин: «Я смотрю туда, куда другие не смотрят» Гриша Брускин: «Я смотрю туда, куда другие не смотрят»

Гриша Брускин — о взаимоотношении литературы и визуального искусства

Полка
В Казахстане раскопали погребения восьми мужчин-воинов и женщины-жрицы эпохи ранних кочевников В Казахстане раскопали погребения восьми мужчин-воинов и женщины-жрицы эпохи ранних кочевников

Эти номады умерли в конце VI – начале V века до нашей эры

N+1
Нужно ли говорить ребенку, что он приемный: личный опыт читательницы и комментарий психолога Нужно ли говорить ребенку, что он приемный: личный опыт читательницы и комментарий психолога

Правильно ли беречь тайну усыновления от самого ребенка?

Psychologies
Как проблемы в отношениях влияют на психическое здоровье мужчин Как проблемы в отношениях влияют на психическое здоровье мужчин

Что происходит с мужчинами, когда отношения портятся или подходят к завершению?

Psychologies
Авангард Леонтьев. Счастливчик Авангард Леонтьев. Счастливчик

«Только сейчас начал понимать, как мне везло в жизни»

Коллекция. Караван историй
Непентес приспособился использовать энергию падающих капель дождя для поимки жертв Непентес приспособился использовать энергию падающих капель дождя для поимки жертв

Механизм ловушки этого растения работает не так, как предполагалось ранее

N+1
Изнутри болезни: как живут люди с психическим расстройством? Изнутри болезни: как живут люди с психическим расстройством?

Как представить, что испытывают люди с диагнозами «шизофрения» или «депрессия»?

Psychologies
Кукла Маша, кукла Даша: 10 культовых игрушек из советского детства Кукла Маша, кукла Даша: 10 культовых игрушек из советского детства

Куклы-пупсы, неваляшки и другие неизменные атрибуты советского детства

Правила жизни
Юпитер ограничил параметры темной материи Юпитер ограничил параметры темной материи

Физики предложили новый метод для ограничения параметров темной материи

N+1
Что делать с кабачками? 3 необычных рецепта, которые спасут, если тебе опять всучили кабачок Что делать с кабачками? 3 необычных рецепта, которые спасут, если тебе опять всучили кабачок

Что делать, если у вас слишком много кабачков?

The Voicemag
Глобальное изменение климата сыграло на руку большинству инфекционных заболеваний Глобальное изменение климата сыграло на руку большинству инфекционных заболеваний

Глобальное изменение климата повышает распространенность инфекций

N+1
Почему тарифы ЖКХ постоянно растут? Почему тарифы ЖКХ постоянно растут?

Куда жаловаться, если кажется, что коммунальщики обнаглели в своих аппетитах

Maxim
Открыть в приложении