Vom Chaos zur Kohärenz

Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass alles im Universum zur Unordnung neigt und in komplexen Systemen Chaos die Norm ist. Man würde also natürlich erwarten, dass das Universum chaotisch ist. Und doch können wir Momente spontaner Ordnung beobachten, die Synchronisierung von Metronomen, die perfekt getimten Umlaufbahnen von Monden, das gleichzeitige Aufblitzen von Glühwürmchen und sogar den regelmäßigen Herzschlag.

Was bringt diese Dinge trotz der Tendenz der Natur zur Unordnung in Ordnung?

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Synchronisation von Metronomen
Die Metronome sind zunächst nicht synchron. Sobald leere Dosen daruntergestellt werden, beginnt die Magie. Das ganze Brett kann sich nun frei hin und her bewegen, und die Metronome beginnen, sich gegenseitig zu synchronisieren. Und dann lassen wir es los.

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Dies funktioniert unabhängig von der Anzahl Ihrer Metronome. Die Plattform bewegt sich einfach in die Richtung, in die die meisten Metronome sie drücken.

Ich stelle es mir gerne visuell vor, indem ich an Leute denke, die auf einer Laufbahn laufen. Nehmen wir an, Sie laufen mit Ihrem Freund und Ihr Freund ist vielleicht schneller als Sie.

Dein Freund sagt: „Komm schon, beeil dich, denn du trödelst, du bist langsam, du bleibst zurück.“ Wenn du also genug Durchhaltevermögen hast und dich ausreichend anstrengst und dein Freund so verständnisvoll ist, dass er langsamer läuft, dann ist die Verbindung zwischen euch stark genug, um diesen natürlichen Unterschied in euren Laufgeschwindigkeiten zu überwinden.

Aber wenn Sie keine besonders guten Freunde sind oder, wissen Sie, wenn Sie sich nicht ganz dazu durchringen können, schneller voranzukommen, dann wird die Verbindung nicht stark genug sein, um diesen Unterschied zu überwinden, und einer wird anfangen, den anderen zu überrunden.

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Die Glühwürmchen Südostasiens sind offenbar gute Freunde, denn sie synchronisieren ihre Blitze. Obwohl jedes Glühwürmchen seine eigene, spezielle Frequenz hat, sind sie so stark miteinander verbunden, dass Hunderte, ja Tausende im selben Sekundenbruchteil gleichzeitig aufblitzen können.

Nikki Case hat dazu eine großartige Simulation entwickelt. Man beginnt mit einzelnen Glühwürmchen, die einfach ihrem Ding nachgehen, und aktiviert dann die Interaktion zwischen ihnen. Im Koromoto-Modell würde das bedeuten, dass jedes Glühwürmchen alle anderen beeinflusst. In dieser Simulation wird ein Glühwürmchen jedoch nur von seinen Nachbarn beeinflusst. Sieht es einen Blitz in der Nähe, stellt es seine innere Uhr ein wenig vor, sodass es früher blinkt als sonst. Das Bemerkenswerte daran ist, dass trotz der geringen und auf kurze Distanz stattfindenden Interaktionen mit der Zeit Wellen durch alle Glühwürmchen wandern, bis sie schließlich alle gleichzeitig blinken.

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Man könnte meinen, wenn man die Kopplung erhöht, wird das System allmählich immer besser synchronisiert. Das ist aber nicht der Fall. Es ist vergleichbar mit Wasser, das bei sinkender Temperatur nicht allmählich gefriert, sondern Wasser, Wasser, Wasser, und dann, bei einer kritischen Temperatur, beginnen die Moleküle plötzlich ihren Zustand zu ändern und werden fest statt flüssig. Dies ist eher eine zeitliche als eine räumliche Version desselben Phänomens.

Sobald ein kritischer Kopplungsgrad überschritten ist, fixieren sie gewissermaßen ihre Phasen in der Zeit. An diesem Punkt kommt es zu einer Art Kristallisation in der Zeit, dem Phänomen, das wir als Synchronisierung bezeichnen.