Du chaos à la cohérence
La deuxième loi de la thermodynamique nous dit que tout dans l'univers tend vers le désordre, et que dans les systèmes complexes, le chaos est la norme. On s'attend donc naturellement à ce que l'univers soit désordonné. Et pourtant, nous pouvons observer des moments d'ordre spontané, la synchronisation des métronomes, les orbites parfaitement synchronisées des lunes, les éclairs simultanés des lucioles et même les battements réguliers de votre cœur.
Qu’est-ce qui met ces choses en ordre malgré la tendance de la nature au désordre ?
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Synchronisation des métronomes
Au début, les métronomes sont désynchronisés. Lorsque des canettes vides sont placées en dessous, la magie opère. Le plateau est alors libre de se déplacer d'un côté à l'autre, et les métronomes commencent à s'influencer mutuellement pour se synchroniser. Puis on lâche prise.
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Cela fonctionne quel que soit le nombre de métronomes dont vous disposez. La plateforme suit la direction que la majorité des métronomes lui imposent.
J'aime y penser visuellement, en imaginant des gens qui courent sur une piste. Imaginez que vous courez avec un ami et qu'il est peut-être plus rapide que vous.
Ton ami te dit : « Allez, bouge, dépêche-toi, parce que tu traînes, tu es lent, tu prends du retard. » Alors, si tu as assez de courage et que tu t'efforces, et si ton ami est assez compréhensif pour ralentir, alors votre lien est suffisamment fort pour surmonter cette différence inhérente à vos vitesses de course naturelles.
Mais si vous n'êtes pas de très bons amis, ou si vous n'arrivez pas à vous forcer à aller plus vite, alors le couplage ne sera pas assez fort pour surmonter cette différence, et une personne commencera à doubler l'autre.
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Les lucioles d'Asie du Sud-Est semblent être de bonnes amies, car elles synchronisent leurs éclats. Bien que chacune ait sa propre fréquence de scintillement, elles s'associent suffisamment pour que des centaines, voire des milliers, puissent scintiller ensemble en une fraction de seconde.
Nikki Case a réalisé une excellente simulation de ce phénomène. On commence avec des lucioles individuelles qui font leur travail, puis on active l'interaction entre elles. Dans le modèle de Koromoto, cela signifie que chaque luciole a un effet sur toutes les autres. Mais dans cette simulation, une luciole n'est affectée que par ses voisines. Si elle voit un éclair à proximité, elle avance légèrement son horloge interne, ce qui fait qu'elle clignote plus tôt qu'elle ne l'aurait fait autrement. Ce qui est remarquable, c'est que même si les interactions sont faibles et rapprochées, au fil du temps, on observe des ondes se propager à travers toutes les lucioles, jusqu'à ce qu'elles clignotent toutes simultanément.
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Comme on pourrait le penser, si l'on augmente le couplage, on obtient progressivement un système de plus en plus synchronisé. Or, ce n'est pas le cas. C'est un peu comme l'eau qui ne gèle pas progressivement à mesure que la température baisse : c'est de l'eau, de l'eau, de l'eau à mesure que la température baisse, puis, à une température critique, les molécules commencent soudainement à changer d'état et deviennent solides au lieu de liquides. C'est une sorte de version temporelle plutôt qu'spatiale du même phénomène.
Ils verrouillent en quelque sorte leurs phases dans le temps une fois que vous avez dépassé un niveau critique de couplage, et à ce stade, le type de cristallisation dans le temps est le phénomène que nous appelons synchronisation.