การปรับขนาดแบบไดนามิก
การปรับขนาดแบบไดนามิก (บางครั้งเรียกว่าการปรับขนาด Family–Vicsek [ 1 ] [ 2 ] ) เป็นการทดสอบแบบลิตมัสที่แสดงให้เห็นว่าระบบวิวัฒนาการแสดงความคล้ายคลึงกันในตัวเอง หรือ ไม่ โดยทั่วไปแล้ว ฟังก์ชันจะกล่าวได้ว่าแสดงการปรับขนาดแบบไดนามิกหากเป็นไปตามเงื่อนไขต่อไปนี้:
เลขชี้กำลังตรงนี้ถูกกำหนดโดยข้อกำหนดด้านมิติค่าตัวเลขของควรคงสภาพเดิมแม้ว่าหน่วยวัดจะเปลี่ยนไปก็ตามมีการเปลี่ยนแปลงเนื่องจากปัจจัยบางอย่างตั้งแต่เป็นปริมาณที่ไม่มีมิติ
ระบบเหล่านี้จำนวนมากวิวัฒนาการในลักษณะที่คล้ายคลึงกันในตัวเอง ในแง่ที่ว่าข้อมูลที่ได้จากภาพรวม ณ เวลาใดเวลาหนึ่งจะคล้ายคลึงกับข้อมูลที่ได้จากภาพรวม ณ เวลาใดๆ ก่อนหน้าหรือหลังจากนั้น กล่าวคือ ระบบจะคล้ายคลึงกับตัวมันเองในเวลาต่างๆ การทดสอบความคล้ายคลึงกันในตัวเองดังกล่าวทำได้โดยการปรับขนาดแบบไดนามิก
ประวัติศาสตร์
คำว่า "การปรับขนาดแบบไดนามิก" ซึ่งเป็นหนึ่งในแนวคิดสำคัญในการอธิบายพลวัตของปรากฏการณ์วิกฤตดูเหมือนจะมีที่มาจากบทความสำคัญของPierre HohenbergและBertrand Halperin (1977) โดยพวกเขาเสนอว่า "[...] ความไวต่อเวกเตอร์คลื่นและความถี่ของเฟอร์โรแมกเนตใกล้จุดคิวรีอาจแสดงได้เป็นฟังก์ชันที่ไม่ขึ้นอยู่กับโดยมีเงื่อนไขว่ามาตราส่วนความยาวและความถี่ รวมถึงการทำให้เป็นแม่เหล็กและสนามแม่เหล็ก จะต้องถูกปรับขนาดใหม่ด้วยกำลังที่เหมาะสมของ[ 3 ]
ต่อมาTamás VicsekและFereydoon Familyได้เสนอแนวคิดเรื่องการปรับขนาดแบบไดนามิกในบริบทของการรวมกลุ่มแบบจำกัดการแพร่กระจาย ( DLA ) ของกลุ่มในสองมิติ[ 2 ]รูปแบบข้อเสนอของพวกเขาสำหรับการปรับขนาดแบบไดนามิกมีดังนี้:
โดยที่เลขชี้กำลังเป็นไปตามความสัมพันธ์ต่อไปนี้:
ทดสอบ
ในระบบดังกล่าว เราสามารถกำหนด ตัวแปรสุ่มที่ขึ้นอยู่กับเวลาได้เราสนใจที่จะคำนวณการแจกแจงความน่าจะเป็นของในช่วงเวลาต่างๆ เช่นค่าตัวเลขของและค่าทั่วไปหรือค่าเฉลี่ยของโดยทั่วไปแล้วค่าต่างๆ จะเปลี่ยนแปลงไปตามเวลา คำถามคือ แล้วค่าตัวแปรไร้มิติที่สอดคล้องกันจะเป็นอย่างไร? ถ้าค่าตัวเลขของปริมาณที่มีมิติเปลี่ยนแปลงไป แต่ปริมาณไร้มิติที่สอดคล้องกันยังคงไม่เปลี่ยนแปลง เราก็สามารถกล่าวได้ว่าภาพรวมของระบบในช่วงเวลาต่างๆ นั้นมีความคล้ายคลึงกัน เมื่อเป็นเช่นนี้ เราจะกล่าวว่าระบบนั้นมีความคล้ายคลึงในตัวเอง (self-similar)
วิธีหนึ่งในการตรวจสอบการปรับขนาดแบบไดนามิกคือการพล็อตตัวแปรไร้มิติเป็นฟังก์ชันของจากข้อมูลที่ดึงมาในช่วงเวลาต่างๆ กัน จากนั้นหากพล็อตทั้งหมดของเทียบกับหากข้อมูลที่ได้มาในช่วงเวลาต่างๆ ยุบรวมกันเป็นเส้นโค้งสากลเส้นเดียว ก็จะกล่าวได้ว่าระบบในช่วงเวลาต่างๆ นั้นคล้ายคลึงกัน และเป็นไปตามการปรับขนาดแบบไดนามิก แนวคิดของการยุบรวมข้อมูลนั้นมีรากฐานมาจากทฤษฎีบทBuckingham Pi [ 4 ]โดยพื้นฐานแล้ว ระบบดังกล่าวสามารถเรียกได้ว่ามีความคล้ายคลึงกันในเชิงเวลา เนื่องจากระบบเดียวกันนั้นมีความคล้ายคลึงกันในช่วงเวลาต่างๆ
ตัวอย่าง
ปรากฏการณ์หลายอย่างที่นักฟิสิกส์ศึกษานั้นไม่ได้คงที่ แต่มีการเปลี่ยนแปลงตามความน่าจะเป็นไปตามเวลา (เช่นกระบวนการสุ่ม ) จักรวาลเองก็อาจเป็นตัวอย่างที่ดีที่สุดอย่างหนึ่ง มันขยายตัวมาเรื่อยๆ นับตั้งแต่บิ๊กแบงในทำนองเดียวกัน การเติบโตของเครือข่ายต่างๆเช่นอินเทอร์เน็ตก็เป็นระบบที่เติบโตอย่างต่อเนื่องเช่นกัน อีกตัวอย่างหนึ่งคือการเสื่อมสภาพของพอลิเมอร์[ 5 ]ซึ่งการเสื่อมสภาพไม่ได้เกิดขึ้นในพริบตา แต่เกิดขึ้นในช่วงระยะเวลาที่ค่อนข้างยาวนาน การแพร่กระจายของไวรัสทางชีวภาพและไวรัสคอมพิวเตอร์ก็ไม่ได้เกิดขึ้นในชั่วข้ามคืนเช่นกัน
ยังมีระบบอื่นๆ อีกมากมายที่ดูเหมือนจะแตกต่างกัน แต่กลับพบว่ามีการปรับขนาดแบบไดนามิก ตัวอย่างเช่น:
- จลนพลศาสตร์ของการรวมกลุ่มที่อธิบายโดย สมการการจับตัวเป็นก้อน ของ Smoluchowski [ 6 ] [ 7 ]
- แบบจำลองการเติบโตภายใน กลุ่มความเป็นสากลของ Kardar–Parisi–Zhang (KPZ) พบว่าความกว้างของพื้นผิวแสดงให้เห็นถึงการปรับขนาดแบบไดนามิก[ 8 ] [ 9 ]
- ความน่าจะเป็นส่วนขอบของกระบวนการปัวซงเศษส่วนแสดงให้เห็นถึงการปรับขนาดแบบไดนามิก[ 10 ]