Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek

Zelforganisatie van zandhoopmodellen

10 maart 2008

Wiskundige Anne Fey promoveert op 18 maart aan de Vrije Universiteit Amsterdam in de kansrekening op wiskundige 'zandhoop'modellen. Zo eenvoudig als de modelregels zijn, zo boeiend en uiteenlopend is het gedrag. Fey's onderzoek gaat over verschillende vormen van zelforganisatie van deze modellen. Dit houdt bijvoorbeeld verband met de beweging van de aardkorst, beurskoersfluctuaties en filevorming.

Deze wiskundige modellen zijn gedefinieerd op een rooster. Ieder roosterpunt heeft een hoogte, of hoeveelheid zand, die onder een grenswaarde moet liggen. Iedere tijdstap neemt de hoogte op een van de punten toe. Als een hoogte de grenswaarde overschrijdt, moet er zand naar de naburige punten, totdat alle hoogtes weer onder de grenswaarde liggen.

Zo eenvoudig als de regels zijn, zo boeiend en complex is het gedrag. Zandhoopmodellen vertonen verschillende vormen van zelforganisatie, er vindt een vorming van patronen plaats die stabiel zijn in de tijd. Het beste is dat te zien in het geval dat alleen de hoogte van het middelste punt toeneemt. Het zand breidt zich dan symmetrisch uit, in veelhoekachtige vormen waarin fractale patronen ontstaan. Fractale patronen hebben een oneindige hoeveelheid details, waarbij motieven zich op steeds kleinere schaal herhalen - denk aan ijskristallen en sommige koralen.

In de overige situaties is de keuze van het punt waar de hoogte toeneemt willekeurig. In dat geval treedt 'self-organized criticality' op, een diepere vorm van zelforganisatie, die ook wordt bestudeerd in uiteenlopende gebieden als de beweging van de aardkorst, beurskoersfluctuaties en filevorming.

Fey was oorspronkelijk docent wiskunde. Via het programma Leraar in Onderzoek van NWO Exacte Wetenschappen heeft ze de kans gekregen met wetenschappelijk onderzoek kennis te maken. Dit beviel haar zo goed dat ze haar baan opzegde, om zich helemaal aan het onderzoek te wijden. Inmiddels is ze de tweede leraar die vanuit het programma promoveert.

Zelforganisatie van zandhoopmodellen - Anne Fey

Zelforganisatie van zandhoopmodellen - Anne Fey.

Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

..............................

Noot voor de pers,