Dal caos alla coerenza
La seconda legge della termodinamica ci dice che tutto nell'universo tende al disordine e nei sistemi complessi il caos è la norma. Quindi ci si aspetterebbe naturalmente che l'universo fosse disordinato. E tuttavia possiamo osservare occasioni di ordine spontaneo, la sincronizzazione dei metronomi, le orbite perfettamente sincronizzate delle lune, i lampi simultanei delle lucciole e persino il battito regolare del tuo cuore.
Cosa mette ordine in queste cose nonostante la tendenza della natura al disordine?
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Sincronizzazione dei metronomi
Inizialmente i metronomi non sono sincronizzati. Quando vengono messe delle lattine vuote sotto, inizia la magia. Ora l'intera tavola è libera di muoversi da un lato all'altro e i metronomi iniziano a influenzarsi a vicenda per sincronizzarsi. E poi lasciamo andare.
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Questo funziona indipendentemente dal numero di metronomi che hai. La piattaforma va semplicemente nella direzione in cui la maggior parte dei metronomi la spinge.
Mi piace pensarlo in modo visivo, pensando a persone che corrono su una pista. Supponiamo che tu stia correndo con un amico e che forse il tuo amico sia più veloce di te.
Il tuo amico dice, sai, dai, muoviti, sbrigati, perché stai tergiversando, sei lento, stai restando indietro. Quindi se hai abbastanza coraggio e ti impegni abbastanza, e se l'amico è abbastanza comprensivo da rallentare, allora l'accoppiamento tra voi è abbastanza forte da superare quella differenza intrinseca nelle vostre velocità di corsa naturali.
Ma se non siete buoni amici, o se non riuscite a farcela ad andare più veloci, allora l'accoppiamento non sarà abbastanza forte da superare quella differenza e una persona inizierà a sovrastare l'altra.
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Le lucciole del Sud-est asiatico sono apparentemente abbastanza amiche perché sincronizzano i loro lampi. Anche se ognuna ha la sua particolare frequenza a cui ama lampeggiare, si accoppiano tra loro abbastanza fortemente da permettere a centinaia, persino migliaia, di lampeggiare insieme nella stessa frazione di secondo.
C'è una grande simulazione di questo di Nikki Case. Si inizia con le singole lucciole che fanno semplicemente il loro dovere, e poi si può attivare l'interazione tra di loro. Ora, nel modello di Koromoto, questo significherebbe che ogni lucciola ha un effetto su tutte le altre. Ma in questa simulazione, una lucciola è influenzata solo dalle sue vicine. Se vede un lampo vicino, sposta un po' in avanti il suo orologio interno, quindi lampeggerà prima di quanto avrebbe fatto altrimenti. Ora, ciò che è notevole in questo è che anche se le interazioni sono piccole e a corto raggio, nel tempo, si possono vedere onde che viaggiano attraverso tutte le lucciole, e alla fine lampeggiano tutte contemporaneamente.
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Come potresti pensare, se aumenti l'accoppiamento, ottieni gradualmente un sistema sempre più sincronizzato. Non è quello che succede. È un po' come il modo in cui l'acqua non si congela gradualmente quando abbassi la temperatura, è acqua, acqua, acqua mentre abbassi la temperatura e poi, a una temperatura critica, le molecole iniziano improvvisamente a cambiare stato e diventano solide invece che liquide e, e questa è una specie di versione temporale piuttosto che spaziale della stessa cosa.
Una volta superato un livello critico di accoppiamento, in un certo senso bloccano le loro fasi nel tempo e, a quel punto, questa sorta di cristallizzazione nel tempo è il fenomeno che chiamiamo sincronizzazione.