Fizica ne arată că diversitatea şi imperfecţiunile desăvârşesc

Cercetătorii din cadrul Northwestern University au dovedit experimental importanţa diversităţii.

Pentru prima dată, fizicienii au demonstrat experimental că anumite sisteme cu entități care interacționează se pot sincroniza numai dacă entitățile din sistem sunt diferite.

Această constatare oferă o nouă perspectivă înțelegerii modului prin care comportamentul colectiv pe care îl observăm în natură, cum ar fi licuricii care sclipesc la unison sau celulele cardiace care se sincronizează pentru a genera o bătaie corectă a inimii, poate apărea chiar și atunci când diferitele insecte sau celule sunt diferite.

Cercetătorul Adilson Motter din cadrul Northwestern University, cel care a condus studiul de faţă, a explicat că entități identice se comportă similar până când încep să interacționeze unele cu altele.

„Atunci când entități identice interacționează, ele se comportă adesea diferit unele faţă de celelalte.

Cu toate acestea, am identificat scenarii în care entitățile se comportă din nou identic dacă diferă într-un mod corespunzător”, a declarat Motter, care este profesor de fizică în cadrul Weinberg College of Arts and Sciences al Northwestern University.

Această descoperire i-ar putea ajuta cercetători să optimizeze unele sisteme create de oameni, cum ar fi rețeaua electrică, în care multe părți componente trebuie să rămână sincronizate în timp ce interacționează între ele.

De asemenea, această cercetare ar putea oferi indicii importante privind modul cum grupurile de oameni, precum juriile, se pot coordona pentru a ajunge la un consens.

Cercetările au arătat de ce licuricii sclipesc la unison, chiar dacă fiecare insectă este diferită. Credit: Toan Phan

Această lucrare se bazează pe un studiu din anul 2016 al lui Nishikawa și Motter, care au prezis teoretic acest fenomen.

„Este interesant faptul că sistemele trebuie să fie asimetrice pentru a prezenta o simetrie comportamentală.

Acest lucru este remarcabil nu numai din punct de vedere matematic, dar mai ales din punct de vedere fizic.

Din acest motiv, mulți colegi au considerat că demonstrarea experimentală a acestui efect este imposibilă”, a declarat Nishikawa, care este profesor de fizică în cadrul Weinberg College of Arts and Sciences.

Cercetările arată cum se pot coordona gâștele pentru a se deplasa într-o formație V, chiar dacă fiecare pasăre individuală este diferită. Credit: Wendy Wei

Pentru demonstrarea experimentală a acestui principiu, Motter și colaboratorii săi au utilizat trei generatoare electrice identice. Frecvenţa fiecărui generator electric a fost de exact 100 Hz.

Atunci când au fost utilizate separat, generatoarele identice s-au comportat identic.

Atunci când au fost conectate în triunghi, frecvențele generatoarelor s-au modificat, dar numai atâta timp cât pierderile lor energetice au fost diferite. După aceea ele s-au sincronizat din nou.

„Acest lucru poate fi înţeles dacă ne imaginăm o lampă între fiecare pereche de generatoare.

Atunci când generatoarele sunt identice, lămpile pâlpâie, ceea ce înseamnă că generatoarele nu sunt sincronizate. Atunci când pierderile generatoarelor se modifică corespunzător, pâlpâitul se oprește indicând că tensiunile generatoarelor oscilează sincron”, a explicat cercetătorul Ferenc Molnar, coautor al studiului, din cadrul Notre Dame University.

Cercetătorii au denumit acest fenomen „conversia ruperii simetriei”, deoarece reprezintă opusul fenomenului de rupere a simetriei care stă la baza supraconductivităţii, mecanismului Higgs și chiar a dungilor de pe zebre.

În ruperea simetriei, ecuațiile dinamice au o simetrie care nu este observată în comportamentul sistemului, în timp ce „conversia ruperii simetriei” se referă la situații în care sistemul are o simetrie dată doar atunci când acea simetrie este evitată în ecuațiile dinamice.

„Poate părea contraintuitiv, dar teoria noastră prevede că acest lucru este valabil în multe alte tipuri de sisteme, nu doar în cele electromecanice”, a declarat Motter.

Echipa condusă de Motter intenționează să exploreze implicațiile descoperirilor lor în sistemele sociale, tehnologice și biologice.

În special, cercetătorii lucrează activ la proiectarea unei rețele stabile de energie care să permită în același timp integrarea unei părți din ce în ce mai mari de energie din surse regenerabile.

Sursă: Phys.org