Od chaosu do spójności

Druga zasada termodynamiki mówi nam, że wszystko we wszechświecie zmierza w kierunku nieporządku, a w złożonych systemach chaos jest normą. Więc naturalnie można by się spodziewać, że wszechświat będzie chaotyczny. A jednak możemy zaobserwować okazje spontanicznego porządku, synchronizację metronomów, idealnie wyczute orbity księżyców, jednoczesne błyski świetlików, a nawet regularne bicie twojego serca.

Co sprawia, że ​​te rzeczy pozostają w porządku, mimo że natura ma tendencję do nieporządku?

---

Synchronizacja metronomów
Metronomy początkowo nie są zsynchronizowane. Gdy puste puszki są pod spodem, zaczyna się magia. Cała plansza może teraz swobodnie poruszać się na boki, a metronomy zaczynają wpływać na siebie nawzajem, aby się zsynchronizować. A potem to puszczamy.

---

Działa to niezależnie od liczby metronomów, które posiadasz. Platforma po prostu działa w kierunku, w którym większość metronomów ją popycha.

Lubię myśleć o tym wizualnie, myśląc o ludziach biegnących po torze. Załóżmy, że biegniesz ze swoim przyjacielem i być może twój przyjaciel jest szybszy od ciebie.

Twój przyjaciel mówi, wiesz, chodź, ruszaj się, przyspiesz, bo się ociągasz, jesteś powolny, zostajesz w tyle. Więc jeśli masz dość siły i starasz się wystarczająco mocno, a przyjaciel jest wystarczająco sympatyczny, żeby zwolnić, to sprzężenie między wami jest wystarczająco silne, żeby przezwyciężyć tę wrodzoną różnicę w waszych naturalnych prędkościach biegu.

Ale jeśli nie jesteście zbyt dobrymi przyjaciółmi, albo wiesz, nie potraficie się przemóc i poruszać się szybciej, to sprzężenie nie będzie wystarczająco silne, aby przezwyciężyć tę różnicę i jedna osoba zacznie wyprzedzać drugą.

---

Świetliki z Azji Południowo-Wschodniej są najwyraźniej wystarczająco dobrymi przyjaciółmi, ponieważ synchronizują swoje błyski. Mimo że każdy z nich ma swoją własną częstotliwość, z jaką lubi błyskać, łączą się ze sobą na tyle silnie, że setki, a nawet tysiące mogą błyskać razem w tym samym ułamku sekundy.

Nikki Case przeprowadziła świetną symulację tego zjawiska. Zaczyna się od pojedynczych świetlików, które po prostu robią swoje, a następnie można włączyć interakcję między nimi. W modelu Koromoto oznaczałoby to, że każdy świetlik ma wpływ na każdego innego. Jednak w tej symulacji na świetlika wpływają tylko jego sąsiedzi. Jeśli zobaczy błysk w pobliżu, lekko przesunie swój wewnętrzny zegar do przodu, więc błyśnie wcześniej, niż by to zrobił w innym przypadku. Teraz, co jest w tym niezwykłe, to fakt, że chociaż interakcje są niewielkie i bliskie, z czasem można zobaczyć fale przemieszczające się przez wszystkie świetliki i ostatecznie wszystkie błyskają jednocześnie.

---

Jak można by pomyśleć, jeśli zwiększysz sprzężenie, po prostu stopniowo uzyskasz system coraz bardziej zsynchronizowany. Tak się nie dzieje. To trochę tak, jak woda nie zamarza stopniowo, gdy obniżasz temperaturę, to woda, woda, woda, gdy obniżasz temperaturę, a następnie w temperaturze krytycznej cząsteczki nagle zaczynają zmieniać swój stan i stają się stałe zamiast ciekłe i, i to jest raczej wersja czasowa niż przestrzenna tej samej rzeczy.

W pewnym sensie blokują swoje fazy w czasie, gdy przekroczysz krytyczny poziom sprzężenia. W tym momencie następuje pewnego rodzaju krystalizacja w czasie, czyli zjawisko, które nazywamy synchronizacją.