Μνήμη (φυσική)

Ως μνήμη ορίζουμε, γενικά μιλώντας, την ιδιότητα ενός συστήματος του οποίου η στιγμιαία κατάσταση εξαρτάται όχι μόνο από τη στιγμιαία διέγερση ή σήμα εισόδου αλλά και από τις εισόδους ή διεγέρσεις κατά προηγούμενες χρονικές στιγμές. Λέμε ότι ένα σύστημα "έχει μνήμη" όταν η απόκριση του ή σήμα εξόδου εξαρτάται από την προηγούμενη ιστορία του συστήματος.

Απόκριση συστήματος σε μοναδιαία βηματική είσοδο

Κρουστική διέγερση

Για την κατανόηση της έννοιας της μνήμης αναφορικά με οποιοδήποτε δυναμικό σύστημα, δηλαδή φυσικό ή τεχνητό σύστημα με ανεξάρτητη μεταβλητή το χρόνο, είναι χρήσιμες κάποιες βασικές γνώσεις διαφορικών εξισώσεων. Συγκεκριμένα μπορούμε να κάνουμε τη διάκριση σε γραμμικά δυναμικά συστήματα, δηλαδή συστήματα που περιγράφονται από γραμμικές διαφορικές εξισώσεις, και μη-γραμμικά συστήματα. Πολλά τεχνολογικά συστήματα είναι γραμμικά, ή μπορούν να προσεγγιστούν ικανοποιητικά από γραμμικά μοντέλα. Ίσως πιο σπάνια αλλά όχι λιγότερο σημαντικά είναι τα μη-γραμμικά συστήματα. Ωστόσο η μη-γραμμικότητα εισάγει κάποιες επί πλέον δυσκολίες στην ανάλυση, κάποιες από τις οποίες αφορούν τη γνωστή στην εκλαϊκευμένη επιστημονική λογοτεχνία θεωρία του χάους.

Αν εξετάσουμε γραμμικά δυναμικά συστήματα η έννοια της μνήμης είναι ευκολότερο να προσδιοριστεί. Ως απλουστευμένος γενικός κανόνας προκύπτει ότι:

τα δυναμικά συστήματα που έχουν απόσβεση (τριβή) τείνουν να απολέσουν τη μνήμη τους

ενώ

τα δυναμικά συστήματα χωρίς απόσβεση τείνουν να διατηρήσουν αναλλοίωτες τις διεγέρσεις που δέχονται, δηλαδή "έχουν μνήμη".

Η έννοια της μνήμης είναι λοιπόν σχετική. Και εξαρτάται από τη σχετικά γρήγορη ή σχετικά αργή απόκριση του συστήματος, και τη σχετικά μεγάλη ή μικρή απόσβεση. Ένα απλό παράδειγμα είναι το απλό μηχανικό σύστημα του εκκρεμούς. Ένα εκκρεμές χωρίς καθόλου τριβή ταλαντώνεται επ´άπειρο. Το πλάτος της ταλάντωσης εξαρτάται από όλες τις προηγούμενες διεγέρσεις (εξωτερικές ωθήσεις) (σχήμα). Ένα εκκρεμές με μεγάλη τριβή ακινητοποιείται μετά λίγο χρόνο. Το πλάτος της ταλάντωσης του εξαρτάται μόνο από την τελευταία στιγμιαία διέγερση.

Εκκρεμές

Η απλή έννοια της μνήμης για τα δυναμικά συστήματα μπορεί να επεκταθεί, και παρουσιάζει μεγαλύτερο ενδιαφέρον στα ψηφιακά συστήματα. Υπάρχουν διάφορες τεχνικές με τις οποίες μπορούν να κατασκευαστούν ψηφιακά συστήματα μνήμης, δηλαδή συστήματα που αποθηκεύουν και διατηρούν ψηφιακή πληροφορία.