全球微資訊！螢火蟲(chóng)為什么同步發(fā)光？

在野外，螢火蟲(chóng)總會(huì)自發(fā)地同時(shí)閃爍，在節(jié)拍器放在一個(gè)青紙板上，過(guò)一段時(shí)間后，幾個(gè)節(jié)拍器的節(jié)奏變得完全一樣，而在劇院中鼓掌的觀眾在沒(méi)人要求的情況下，鼓掌頻率竟自發(fā)地變得一致。就是這些看似常見(jiàn)的同步現(xiàn)象，

(資料圖片)

科學(xué)家們研究了三百多年的時(shí)間，甚至直到現(xiàn)在也沒(méi)能完全解開(kāi)他們的同步之名。

1656年，荷蘭著名物理學(xué)家克里斯蒂安.惠更斯為了幫助水手們弄清他們?cè)诘厍蛏系奈恢?，發(fā)明了世界上第一臺(tái)可以工作的擺鐘，讓時(shí)鐘每天十五分鐘的誤差被減少到了十到十五秒。

當(dāng)時(shí)的水手已經(jīng)熟練地掌握了如何利用太陽(yáng)和海平面之間的夾角來(lái)確定船只的緯度，而精度則是根據(jù)出發(fā)地和當(dāng)?shù)刂g的時(shí)間差來(lái)確定。一小時(shí)的時(shí)差大約相當(dāng)于緯度十五度的變化。

1665年二月，生病在家的惠更斯做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，他在兩個(gè)椅子間放上了一根木梁，

然后把兩個(gè)擺鐘掛在木梁上，以此來(lái)模擬航行過(guò)程中懸掛于船艙上的兩個(gè)時(shí)鐘的擺動(dòng)。就這樣，他盯著鐘擺看了幾個(gè)小時(shí)。然后他驚訝地發(fā)現(xiàn)，無(wú)論兩個(gè)鐘擺的初始位置如何，過(guò)了大約三十分鐘后，兩個(gè)鐘擺總是會(huì)以相同的頻率擺動(dòng)，其二者的相位總是處于相反的位置。

起初，惠更斯認(rèn)為鐘擺的這種奇怪感應(yīng)一定是由于鐘擺之間的氣流引起的，所以他在鐘擺之間放了一塊大板子，以此來(lái)阻止氣流的傳播。但是三十分鐘后，鐘擺還是同步了，于是他將兩個(gè)時(shí)鐘從木梁上分開(kāi)，再次測(cè)試。這次他們的時(shí)間同步性消失了，但當(dāng)他把他們重重新放回木，同步又回來(lái)了。

惠更斯將觀察到的同步現(xiàn)象寫信給了英國(guó)皇家學(xué)會(huì)，但并沒(méi)有引起當(dāng)人們的關(guān)注。

惠更斯是第一個(gè)在無(wú)生命的物體中觀察到這種自發(fā)同步現(xiàn)象的人。盡管他定性地描述了這一現(xiàn)象，

但直到2015年，科學(xué)家才知道了鐘擺為什么會(huì)同步。荷蘭愛(ài)因霍芬理工大學(xué)的漢克尼梅杰教授通過(guò)做數(shù)值模擬和理論分析，認(rèn)為鐘擺之所以同步，是鐘擺發(fā)出的滴答聲引起桌子的震動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)鐘擺之間能量的交換，進(jìn)而達(dá)到同步。

而夜晚的螢火蟲(chóng)，盡管每一只都有自己喜歡閃光的特定頻率，但還是會(huì)同步閃光，

是因?yàn)樗鼈兿嗷ヱ詈系膹?qiáng)度足夠大，以至于成百上千個(gè)甚至是成千上萬(wàn)個(gè)可以在同一時(shí)間閃到一起。科學(xué)家們做了一個(gè)很好的模擬。在模型中，一只螢火蟲(chóng)只會(huì)受到他的鄰居的影響，如果他看到附近有閃光，那么他就會(huì)將自己閃光的時(shí)間向前推一點(diǎn)。

一段時(shí)間后，神奇的事情發(fā)生了。盡管相互作用很小很近，但是隨著時(shí)間的推移，幾乎所有的螢火蟲(chóng)最終都會(huì)同時(shí)閃爍，而劇院里的掌聲也是同理。

熱力學(xué)第二定律告訴我們，宇宙中的一切事物都趨向于無(wú)序，而在復(fù)雜的系統(tǒng)中，無(wú)序才是常態(tài)。

可是，這些日常生活中常見(jiàn)的現(xiàn)象卻是逐步變得井然有序而不受無(wú)序傾向的影響。當(dāng)前，研究各類實(shí)際復(fù)雜系統(tǒng)中的同步行為已經(jīng)成為不同學(xué)科共同關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。

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