混沌から一貫性へ

熱力学の第二法則によれば、宇宙のあらゆるものは無秩序に向かい、複雑なシステムでは混沌が当たり前です。ですから、宇宙は乱雑であると考えるのが自然です。しかし、私たちは自発的な秩序、メトロノームの同期、完璧なタイミングでの月の軌道、ホタルの同時発光、さらには心臓の規則的な鼓動さえも観察することができます。

自然は無秩序になりがちですが、なぜこのようなものが秩序立っているのでしょうか?

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メトロノームの同期
最初はメトロノームが同期していません。空き缶を下に置くと、魔法が始まります。ボード全体が左右に自由に動くようになり、メトロノームが互いに影響し合って同期し始めます。そして、私たちはそれを放します。

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これは、メトロノームの数に関係なく機能します。プラットフォームは、メトロノームの大多数が押す方向に移動します。

私は実際にトラックを走っている人たちを思い浮かべて、それを視覚的に考えるのが好きです。例えば、あなたが友達と一緒に走っていて、友達の方があなたより速いとします。

友達は、君はのろのろしていて、遅いし、遅れているから、早く走れよ、と言うでしょう。ですから、もしあなたが十分な忍耐力を持ち、十分に努力し、そして友達が同情してスピードを緩めてくれるなら、二人の間の結びつきは、自然な走行速度の本質的な違いを克服できるほど十分に強いものになります。

しかし、あまり仲が良くなかったり、我慢して早く動けなかったりすると、その差を克服できるほど強い結びつきがなくなり、一方が他方を追い抜くことになります。

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東南アジアのホタルは、どうやら仲良しのようで、お互いの閃光を同期させています。それぞれのホタルが独自の閃光を放つ周波数を持っていますが、ホタル同士は十分に強く結びついているため、一瞬のうちに何百、何千ものホタルが同時に閃光を放つこともあります。

Nikki Case によるこのシミュレーションは素晴らしいです。まず、個々のホタルがそれぞれの行動をしているところから始め、その後、ホタル同士の相互作用をオンにします。コロモト モデルでは、これはすべてのホタルが他のすべてのホタルに影響を与えることを意味します。しかし、このシミュレーションでは、ホタルは隣のホタルからのみ影響を受けます。近くで閃光を見ると、ホタルは体内時計を少し進めて、通常よりも早く閃光を発します。このシミュレーションの注目すべき点は、相互作用が小さく近距離であっても、時間の経過とともにすべてのホタルに波が伝わり、最終的にすべてのホタルが同時に閃光を発するようになることです。

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結合を強めると、システムが徐々に同期していくだけだと思う​​かもしれません。しかし、実際にはそうではありません。温度を下げても水が徐々に凍るのではなく、温度を下げていくと水、水、水となり、臨界温度に達すると分子が突然状態を変え始め、液体ではなく固体になります。これは、同じことの空間バージョンではなく時間バージョンです。

結合の臨界レベルを超えると、時間内で位相が固定され、その時点での時間内での結晶化が、同期と呼ばれる現象になります。