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

Как люди жили до изобретения электричества: не принимайте его как должное Как люди жили до изобретения электричества: не принимайте его как должное

Как люди жили без электрического освещения и холодильников?

Популярная механика
Вегетососудистая дистония и старческое слабоумие: 5 диагнозов, существующих только в России Вегетососудистая дистония и старческое слабоумие: 5 диагнозов, существующих только в России

В России до сих пор ставят диагнозы, которые не признают во всем остальном мире

Psychologies
Топ-6 бесплатных VPN-расширений для браузера Chrome Топ-6 бесплатных VPN-расширений для браузера Chrome

Самые популярные и надежные VPN-сервисы для Chrome

CHIP
Сгладить ситуацию Сгладить ситуацию

Причины появления растяжек на теле и как с ними бороться

Лиза
Освободите себя от ненужных споров Освободите себя от ненужных споров

8 правил деэскалации в общении

Reminder
Как экономить, если денег и так ни на что не хватает? Способы, которые работают Как экономить, если денег и так ни на что не хватает? Способы, которые работают

Как экономить еще сильнее, если ты уже экономишь?

The Voicemag
Свет по шнурку. Оптоволокно – что такое, как работает и зачем нужно Свет по шнурку. Оптоволокно – что такое, как работает и зачем нужно

Как удалось передать свет по проводам, и почему именно свет?

Цифровой океан
«И вся эта смерть продолженье» «И вся эта смерть продолженье»

О чем и как писал поэт Алексей Цветков

Полка
Сати Спивакова: «Спустя целую жизнь я наконец-то занимаюсь любимым делом» Сати Спивакова: «Спустя целую жизнь я наконец-то занимаюсь любимым делом»

Сати Спивакова о том, как вернулась на театральную сцену спустя много лет

Эксперт
«Люди делают свою биографию в той или иной степени сознательно» «Люди делают свою биографию в той или иной степени сознательно»

Филолог Игорь Пильщиков вспоминает о Юрия Лотмана и Тартуско-московскую школу

Arzamas
Правила жизни Шер Правила жизни Шер

Шер. Певица и актриса. Вот правила ее жизни

Правила жизни
Диетолог из Гарварда назвала 5 видов продуктов, которые заставляют вас чувствовать себя уставшими и тревожными Диетолог из Гарварда назвала 5 видов продуктов, которые заставляют вас чувствовать себя уставшими и тревожными

Какие продукты могут вызвать тревогу и усталость

Inc.
Против ногтей, ресниц и брюк: как власти Туркменистана регулируют внешний вид женщин Против ногтей, ресниц и брюк: как власти Туркменистана регулируют внешний вид женщин

В Туркменистане — очередная волна запретов, касающихся внешнего вида женщин

Forbes
Книги с захватывающим сюжетом: 5 историй о гонках, вoйне и нацистской Германии Книги с захватывающим сюжетом: 5 историй о гонках, вoйне и нацистской Германии

Подборка книг, сюжет которых не уступает лучшим триллерам в кино

TechInsider
Персона Персона

О будущем B2B-сегмента в интернет-торговле

Robb Report
Начнём с того, что нельзя доверить другим секс и еду: как перестать брать задачи на себя и начать делегировать Начнём с того, что нельзя доверить другим секс и еду: как перестать брать задачи на себя и начать делегировать

Нельзя доверить другим секс и еду: как научиться делегировать обязанности?

VC.RU
«Со всем, что мы вытеснили, нам придется встретиться лицом к лицу» «Со всем, что мы вытеснили, нам придется встретиться лицом к лицу»

Василиса Кузьмина о байопике Ники Турбиной и конце девяностых

Weekend
«Где они все?» Ученые объяснили, почему инопланетяне до сих пор не прилетели на Землю «Где они все?» Ученые объяснили, почему инопланетяне до сих пор не прилетели на Землю

Астробиологи попытались разрешить парадокс Ферми

Вокруг света
Физики постримили игру с помощью ридберговских атомов Физики постримили игру с помощью ридберговских атомов

Американские физики использовали газ атомов в качестве приемной антенны

N+1
«Ну не меняться же мне из-за каждого идиота!»: крылатые фразы киногероев Олега Янковского, которые стыдно не знать «Ну не меняться же мне из-за каждого идиота!»: крылатые фразы киногероев Олега Янковского, которые стыдно не знать

Самые крылатые фразы киноперсонажей Олега Янковского

Maxim
Возвращение королей. Ультралюкс из прошлого, возрожденный в наши дни Возвращение королей. Ультралюкс из прошлого, возрожденный в наши дни

Кто и зачем возвращает забытые супербренды Delage и Hispano-Suiza

РБК
Почему у нас возникают «спорные» сексуальные фантазии и что с ними делать Почему у нас возникают «спорные» сексуальные фантазии и что с ними делать

Как связаны удовольствие и здоровье, зачем женщине игрушки?

The Voicemag
Идеальный источник белка: карри с тунцом по рецепту мальдивского повара Идеальный источник белка: карри с тунцом по рецепту мальдивского повара

Диетологи прославили тунца за то, что его мясо — идеальный источник белка

Вокруг света
Ашот Серопян, RBS: «Сегодня консалтинг в нашем лице — это целая экосистема» Ашот Серопян, RBS: «Сегодня консалтинг в нашем лице — это целая экосистема»

Какие качества позволяют проходить через кризисы и чем могут помочь консультанты

Forbes
7 непростительных ошибок при нанесении консилера (ты тоже их делала!) 7 непростительных ошибок при нанесении консилера (ты тоже их делала!)

Консилер: как выбрать оттенок и как его наносить?

The Voicemag
«Нервные клетки не восстанавливаются»: 12 разрушительных мифов о старении мозга «Нервные клетки не восстанавливаются»: 12 разрушительных мифов о старении мозга

Развенчиваем распространенные мифы о старении мозга

Вокруг света
Как продлить жизнь покрышкам: 5 простых советов, которые реально работают Как продлить жизнь покрышкам: 5 простых советов, которые реально работают

Как действовать, чтобы покрышки прослужили дольше

Вокруг света
Отрицание, гнев — что дальше? Как мы принимаем реальность сегодня Отрицание, гнев — что дальше? Как мы принимаем реальность сегодня

Почему нас беспокоит и расстраивает неоднородность мнений в обществе

РБК
Физики поймали магноны за превращением в фононы Физики поймали магноны за превращением в фононы

Магноны превращаются в фононы за десятки наносекунд

N+1
Эту девочку леди Ди звала своей доченькой: кто она и что с ней сейчас Эту девочку леди Ди звала своей доченькой: кто она и что с ней сейчас

Мало кто знает, что у принцессы Дианы была в Индии названая дочь

Cosmopolitan
Открыть в приложении