Стохастический резонанс как индуцированный шумом эффект увеличения степени порядка

Стохастический резонанс (СР) является одним из ярких примеров индуцированных шумом переходов в нелинейных системах, возбуждаемых информационным сигналом и шумом одновременно. В режиме СР характеристики информационного сигнала (усиление, отношение сигнал/шум, степень когерентности и упорядоченности и др.) на выходе системы существенно улучшаются при некотором оптимальном уровне шума. СР реализуется только в нелинейных системах, для которых с помощью вариации интенсивности шума возможно управление одним из характерных времен. В обзоре кратко обсуждаются физический механизм и методы теоретического описания СР. Исследуются особенности СР, обусловленные структурой информационного сигнала, статистикой шума и свойствами конкретных систем, демонстрирующих эффект. Детально анализируется нетривиальное явление стохастической синхронизации как захвата мгновенной фазы и частоты переключений бистабильной системы внешней периодической силой. Стохастическая синхронизация исследуется в одиночных и связанных бистабильных осцилляторах, включая ансамбли. Эффекты СР и стохастической синхронизации ансамблей стохастических резонаторов исследуются как в случае отсутствия связи между элементами, так и с учетом их взаимодействия. СР рассматривается в динамических и в нединамических (пороговых) системах. Проводится анализ явления СР с точки зрения информационных и энтропийных характеристик сигнала, определяющих степень порядка или самоорганизации системы. Обсуждается применение концепции СР для объяснения результатов ряда биологических экспериментов.