Stochastische Resonanz und Kohärenzresonanz in gerichteten Ringen

• Main Author: Werner, Johannes Peter
• Format: Others
• Language: German; de
• Published: 2010
• Online Access: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/2135/1/Werk.pdf; Werner, Johannes Peter <http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/view/person/Werner=3AJohannes_Peter=3A=3A.html> : Stochastische Resonanz und Kohärenzresonanz in gerichteten Ringen. Technische Universität, Darmstadt [Ph.D. Thesis], (2010)

Stochastische Resonanz ist seit dreißig Jahren bekannt. Der Mechanismus ist erstmals von Benzi u. a. [1982] postuliert worden, um das periodische Auftreten der Eiszeiten zu erklären. Es ist ein kontraintuitiver, aber dadurch auch faszinierender Effekt, bei dem Rauschen die Signalübertragung verbessern kann. Dieser Effekt kann durch endliche Kopplung mehrerer Einzelelemente verbessert [Stemler u. a., 2004] oder unterdrückt [Palacios u. a., 2006] werden. In vielen Systemen, die aktueller Gegenstand der Forschung sind, wie z. B. neuronalen oder Gen-Netzwerken, finden solche fluktuationsgetriebene Prozesse statt. Daher ist es wichtig, diese genau zu verstehen. Häufig wird das Antwortverhalten dieser Systeme nur über die Mittelwerte modelliert, es gibt jedoch theoretische Untersuchungen, z. B. von Rozenfeld und Schimansky-Geier [2000], die zeigen, dass dabei wichtige Informationen verlorengehen. Um die Funktionsweise großer ausgedehnter Systeme mit vielen Elementen zu begreifen, kann man diese in Funktionsgruppen, die miteinander wechselwirken können, zerlegen. Ich untersuche in dieser Arbeit daher experimentell das Verhalten von gerichtet gekoppelten Ringen, die ein wichtiger Typ von ausgedehnten Systemen sind. In den folgenden Abschnitten beschreibe ich zunächst die von mir untersuchten Effekte, nämlich stochastische Resonanz (Kap. 1.1) und Kohärenzresonanz (Kap. 1.2). In Kapitel 2 präsentiere ich die hier untersuchten Kopplungsgeometrien, die dann im darauf folgenden Kapitel für einen Fall genauer charakterisiert werden. Das Kapitel 4 zeigt, wie stochastische Resonanz im hier untersuchten System auftreten kann. Hier stelle ich auch dar, welcher Mechanismus bei verbesserter stochastischer Resonanz in ausgedehnten Systemen eine Rolle spielen kann und wodurch Abweichungen von einer einfachen theoretischen Überlegung verursacht werden. Im weiteren Verlauf der Arbeit (Kap. 5) untersuche ich ein zweites System mit unterschiedlichem deterministischem dynamischen Verhalten. Auch dort finde ich ähnliche Ergebnisse wie im ersten System. Über die Gemeinsamkeiten der beiden Systeme schließe ich auf den zu Grunde liegenden Mechanismus der beobachteten Effekte. Die in den verschiedenen Experimenten gewonnenen Erkenntnisse fließen schließlich in Kapitel 6 ein. Die dort vorgenommene drastische Vereinfachung der Systeme erlaubt es mir, den verantwortlichen Mechanismus zu identifizieren. Die Ergebnisse bestätigen die in den vorhergehenden Kapiteln von mir gezogenen Schlüsse.