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URL: http://opus.kobv.de/ubp/volltexte/2005/36/
Topaj, Dmitri
Synchronization transitions in complex systems
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Kurzfassung auf Deutsch
Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung generischer Synchronisierungsphänomene in interagierenden komplexen Systemen. Diese Phänomene werden u.a. in gekoppelten deterministischen chaotischen Systemen beobachtet. Bei sehr schwachen Interaktionen zwischen individuellen Systemen kann ein Übergang zum schwach kohärenten Verhalten der Systeme stattfinden. In gekoppelten zeitkontinuierlichen chaotischen Systemen manifestiert sich dieser Übergang durch den Effekt der Phasensynchronisierung, in gekoppelten chaotischen zeitdiskreten Systemen durch den Effekt eines nichtverschwindenden makroskopischen Feldes.Der Übergang zur Kohärenz in einer Kette lokal gekoppelter Oszillatoren, beschrieben durch Phasengleichungen, wird im Bezug auf die Symmetrien des Systems untersucht. Es wird gezeigt, daß die durch die Symmetrien verursachte Reversibilität des Systems nichttriviale topologische Eigenschaften der Trajektorien bedingt, so daß das als dissipativ konstruierte System in einem ganzen Parameterbereich quasi-Hamiltonische Züge aufweist, d.h. das Phasenvolumen ist im Schnitt erhalten, und die Lyapunov-Exponenten sind paarweise symmetrisch.
Der Übergang zur Kohärenz in einem Ensemble global gekoppelter chaotischer Abbildungen wird durch den Verlust der Stabilität des entkoppelten Zustandes beschrieben. Die entwickelte Methode besteht darin, die Selbstkonsistenz des makroskopischen Feldes aufzuheben, und das Ensemble in Analogie mit einem Verstärkerschaltkreis mit Rückkopplung durch eine komplexe lineare Übertragungssfunktion zu charakterisieren.
Diese Theorie wird anschließend für einige theoretisch interessanten Fälle verallgemeinert.
Kurzfassung auf Englisch
Subject of this work is the investigation of generic synchronization phenomena in interacting complex systems. These phenomena are observed, among all, in coupled deterministic chaotic systems. At very weak interactions between individual systems a transition to a weakly coherent behavior of the systems can take place. In coupled continuous time chaotic systems this transition manifests itself with the effect of phase synchronization, in coupled chaotic discrete time systems with the effect of non-vanishing macroscopic mean field.Transition to coherence in a chain of locally coupled oscillators described with phase equations is investigated with respect to the symmetries in the system. It is shown that the reversibility of the system caused by these symmetries results to non-trivial topological properties of trajectories so that the system constructed to be dissipative reveals in a whole parameter range quasi-Hamiltonian features, i.e. the phase volume is conserved on average and Lyapunov exponents come in symmetric pairs.
Transition to coherence in an ensemble of globally coupled chaotic maps is described with the loss of stability of the disordered state. The method is to break the self-consistensy of the macroscopic field and to characterize the ensemble in analogy to an amplifier circuit with feedback with a complex linear transfer function.
This theory is then generalized for several cases of theoretic interest.
| Freie Schlagwörter (deutsch): | Synchronisierung, komplex, System, komplexe Systeme, gekoppelt, chaotisch, Chaos, Interaktion, Übergang,P hasensynchronisierung, Phase, Feld, Effekt, | |
| Freie Schlagwörter (englisch): | synchronization, complex, system, complex systems, coupled, chaotic, chaos, interaction, transition, phase, phase synchronization, field, meanfield, o | |
| RVK - Regensburger Verbundklassifikation | UG 1080 | |
| Institut: | Institut für Physik und Astronomie | |
| Fakultät: | Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät | |
| DDC-Sachgruppe: | Physik | |
| Dokumentart: | a Dissertation | |
| Hauptberichter: | Feudel, Ulrike; Mosekilde, Erik; Pikovski, Arkadi | |
| Sprache: | Englisch | |
| Tag der mündlichen Prüfung: | 31.01.2002 | |
| Erstellungsjahr: | 2001 | |
| Publikationsdatum: | 10.02.2005 |
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