物理學家們已經從簡單的同步網路中發現了令人驚訝的複雜狀態
物理學家們已經從簡單的同步網路中發現了令人驚訝的複雜狀態
螢火蟲、心臟細胞、時鐘和電網都能做到這一點——它們能自動同步，同步地發出信號。幾個世紀以來，科學家們一直對這種自組織行為感到困惑，提出了構成同步科學的理論和實驗。但是，儘管該領域已經取得了進展，但謎團仍然存在——尤其是完全相同元素的網路如何會失去同步。
現在，一項新的研究通過實驗展示了一個由相同的同步納米機器組成的簡單網路是如何產生不同步的複雜狀態的。實驗結果表明，即使是簡單的網路也會導致複雜性，而這些知識反過來可能最終導致控制這些網路的新工具。例如，通過更好地理解心臟細胞或電網如何在看似統一的網路中顯示複雜性，研究人員或許能夠開發出新的工具，將這些網路重新推入節奏。
同步振蕩最早出現在17世紀，當時以發現土星衛星泰坦而聞名的荷蘭科學家克里斯蒂安·惠更斯(Christiaan Huygens)指出，懸掛在一個共同支座上的兩個擺鐘最終會同步報時。幾個世紀以來，數學家和其他科學家提出了各種各樣的方法來解釋這個奇怪的現象，在心臟和腦細胞、螢火蟲、冷原子云、動物的晝夜節律和許多其他系統中也能看到這種現象。本質上，這些網路由兩個或兩個以上的振蕩器(網路的節點)組成，它們有能力自己滴答，發出重複的信號。節點還必須以某種方式彼此連接(通過網路邊緣)，以便它們能夠通信並發送關於其各種狀態的消息。
但自2000年代初以來，人們也觀察到，這些網路，即使由相同的振蕩器組成，也會自發地失去同步，演變成複雜的模式。為了更好地理解發生了什麼，Roukes和他的同事開始開發振蕩納米力學裝置的網路。他們開始只是把兩個連接起來，現在，在新的研究中，他們已經開發出一個由8個連接起來的系統。
令研究小組驚訝的是，8節點系統自發地演化成各種奇異而複雜的狀態。這是第一個實驗證明，這些不同的、複雜的狀態可以發生在同一個簡單的系統中。研究人員希望繼續建立越來越複雜的網路，並觀察超過8個節點連接時的情況。他們說，他們對網路如何隨時間演變了解得越多，就越能以有用的方式精確地控制它們。最終他們甚至可以應用他們的學習模型和更好地理解人類的大腦——一個我們所知道的最複雜的網路,不僅與八節點2000億個神經元彼此連接通常由成千上萬的突觸邊緣。
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