Kaos till koherens
Termodynamikens andra lag säger oss att allt i universum tenderar mot oordning, och i komplexa system är kaos normen. Så du förväntar dig naturligtvis att universum är rörigt. Och ändå kan vi observera tillfällen av spontan ordning, synkroniseringen av metronomer, månarnas perfekt tidsinställda banor, de samtidiga blixtarna från eldflugor och till och med ditt hjärtas regelbundna slag.
Vad sätter ordning på dessa saker trots naturens tendens till oordning?
---
Synkronisering av metronomer
Metronomerna är initialt osynkroniserade. När tomma burkar placeras under, börjar magin. Hela brädan är nu fri att röra sig från sida till sida, och metronomerna börjar påverka varandra till synkronisering. Och så släppte vi det.
---
Detta fungerar oavsett antalet metronomer du har. Plattformen går bara åt vilket håll de flesta metronomer än trycker på.
Jag tycker om att tänka på det faktiskt visuellt genom att tänka på människor som springer runt en bana. Som anta att du springer med din vän och din vän kanske är snabbare än du.
Din vän säger, du vet, kom igen, flytta på den, skynda dig, för du tjatar, du är långsam, du hamnar på efterkälken. Så om du har tillräckligt med mod och du försöker tillräckligt hårt, och om vännen är sympatisk nog att sakta ner, då är kopplingen mellan er tillräckligt stark för att övervinna den inneboende skillnaden i dina naturliga löphastigheter.
Men om du inte är särskilt goda vänner, eller du vet, om du inte riktigt kan suga upp det för att röra dig snabbare, då kommer kopplingen inte att vara tillräckligt stark för att övervinna den skillnaden, och den ena personen kommer att börja klappa den andra.
---
Eldflugorna i Sydostasien är tydligen tillräckligt bra vänner eftersom de synkroniserar sina blixtar. Även om var och en har sin egen speciella frekvens vid vilken den gillar att blinka, kopplar de ihop sig tillräckligt starkt så att hundratals, till och med tusentals kan blinka tillsammans i samma bråkdel av en sekund.
Det finns en fantastisk simulering av detta av Nikki Case. Du börjar med att enskilda eldflugor bara gör sin grej, och sedan kan du aktivera interaktionen mellan dem. Nu, i Koromoto-modellen, skulle detta innebära att varje eldfluga har en effekt på varannan. Men i den här simuleringen påverkas en eldfluga bara av sina grannar. Om den ser en blixt i närheten, trycker den sin interna klocka framåt lite, så att den blinkar snabbare än den annars skulle ha gjort. Det som är anmärkningsvärt med det här är att även om interaktionerna är små och på nära håll, kan du över tiden se vågor färdas genom alla eldflugor, och så småningom blinkar de alla samtidigt.
---
Som man kanske tror om man ökar kopplingen så får man liksom gradvis ett system mer och mer synkroniserat. Det är inte vad som händer. Det är ungefär som att vattnet inte fryser gradvis när du sänker temperaturen, det är vatten, vatten, vatten när du sänker temperaturen och sedan vid en kritisk temperatur, börjar molekylerna plötsligt ändra sitt tillstånd och blir fasta istället för flytande och, och det här är en slags tid snarare än rymdversion av samma sak.
De låser liksom sina faser i tiden när du väl passerar en kritisk nivå av koppling, och vid den tidpunkten är typen av kristallisering i tid det fenomen som vi kallar synkronisering.