혼돈에서 일관성으로

열역학 제2법칙은 우주의 모든 것이 무질서로 기울어지고 복잡한 시스템에서는 혼돈이 표준이라고 말합니다. 따라서 우주가 지저분할 것이라고 자연스럽게 예상할 수 있습니다. 하지만 우리는 자발적인 질서, 메트로놈의 동기화, 완벽하게 타이밍이 맞춰진 달의 궤도, 반딧불이의 동시적 섬광, 심지어 규칙적인 심장 박동을 관찰할 수 있습니다.

무질서하려는 자연의 경향에도 불구하고 무엇이 이러한 것들을 질서 있게 만드는 것일까요?

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메트로놈의 동기화
메트로놈은 처음에는 동기화되지 않습니다. 빈 캔을 아래에 놓으면 마법이 시작됩니다. 이제 보드 전체가 좌우로 자유롭게 움직일 수 있고 메트로놈이 서로 영향을 미쳐 동기화되기 시작합니다. 그리고 나서 우리는 그것을 놓아줍니다.

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이것은 당신이 가진 메트로놈의 수와 상관없이 작동합니다. 플랫폼은 대부분의 메트로놈이 밀어붙이는 방향으로만 갑니다.

저는 트랙을 달리는 사람들을 생각하면서 실제로 시각적으로 생각하는 것을 좋아합니다. 예를 들어, 친구와 함께 달리고 있고 친구가 당신보다 더 빠르다고 가정해 봅시다.

친구가 말하길, 어서, 빨리 해, 서두르라고, 왜냐하면 너는 꾸물거리고, 느리고, 뒤처지고 있으니까. 그러니 인내심이 충분하고, 열심히 노력하고, 친구가 속도를 늦출 만큼 동정심이 있다면, 여러분 사이의 결합은 자연스러운 달리기 속도의 고유한 차이를 극복할 만큼 강합니다.

하지만 여러분이 그렇게 친한 친구가 아니거나, 더 빨리 움직일 수 없다고 느낀다면, 그 차이를 극복할 만큼 결합력이 강하지 않을 것이고, 한 사람이 다른 사람을 랩으로 쫓기 시작할 것입니다.

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동남아시아의 반딧불이는 번쩍임을 동기화하기 때문에 꽤 좋은 친구인 듯합니다. 각자가 번쩍이는 것을 좋아하는 특정 주파수가 있지만, 서로 강하게 결합되어 수백, 심지어 수천 마리가 같은 순간에 함께 번쩍일 수 있습니다.

Nikki Case가 이에 대한 훌륭한 시뮬레이션을 했습니다. 개별 반딧불이가 그저 하는 일을 하는 것으로 시작한 다음, 반딧불 간의 상호 작용을 켤 수 있습니다. 이제 Koromoto 모델에서 이는 모든 반딧불이가 다른 모든 반딧불에 영향을 미친다는 것을 의미합니다. 하지만 이 시뮬레이션에서 반딧불은 이웃의 영향을 받습니다. 가까이에서 번쩍임을 보면 내부 시계를 약간 앞으로 밀어서 그렇지 않았을 때보다 더 빨리 번쩍이게 합니다. 여기서 주목할 점은 상호 작용이 작고 가까운 범위이더라도 시간이 지남에 따라 모든 반딧불을 통과하는 파동을 볼 수 있으며 결국 모두 동시에 번쩍입니다.

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당신이 생각할 수 있듯이, 커플링을 증가시키면, 당신은 그저 점진적으로 시스템이 점점 더 동기화되는 것을 얻을 뿐입니다. 그런 일이 일어나지 않습니다. 그것은 마치 물이 온도를 낮추면서 점차 얼지 않는 방식과 비슷합니다. 온도를 낮추면서 물, 물, 물, 그리고 임계 온도에서 분자는 갑자기 상태를 바꾸기 시작하여 액체가 아닌 고체가 되고, 이것은 같은 것의 시간적 버전이 아니라 공간적 버전입니다.

일단 결합의 임계 수준을 통과하면 시간 속에서 위상이 고정되고, 그 지점에서 시간 속에서 일종의 결정화가 일어나는데, 이를 우리는 동기화라고 부릅니다.