Sincronización, en el que dos sistemas diferentes oscilan de manera idéntica, subyace a numerosos fenómenos colectivos observados en la naturaleza, proporcionando un ejemplo de comportamientos emergentes que van desde el unísono acústico de los coros de cricket hasta el comportamiento del cerebro humano.

¿Pueden los sistemas caóticos también sincronizarse entre sí? ¿Cómo surgen la sincronización y la autoorganización de sistemas que no tenían estas propiedades para empezar? Caracterizar y comprender la transición del desorden a la sincronía es de fundamental importancia para comprender el surgimiento de la sincronización y la autoorganización en la naturaleza.

En un nuevo estudio publicado en Revisión física E , físicos de la Universidad Bar-Ilan en Israel, junto a compañeros de España, India e Italia, analizó el sistema Rossler, un sistema caótico bien conocido que los físicos han estudiado a fondo durante casi 40 años. Mirando este sistema desde una nueva perspectiva, descubrieron nuevos fenómenos que se han pasado por alto hasta ahora.

Por primera vez, los investigadores pudieron medir el proceso de grano fino que conduce del desorden a la sincronía. descubriendo un nuevo tipo de sincronización entre sistemas caóticos. A este nuevo fenómeno lo llaman sincronización topológica. Tradicionalmente, La sincronización se ha examinado comparando el curso temporal de la actividad de los dos sistemas. En cambio, la sincronización topológica examina la sincronización comparando las estructuras de los sistemas. Por tanto, el sistema caótico se examina a nivel de su estructura, adoptando un enfoque más global para determinar el proceso de sincronización.

"Sistemas caóticos, aunque impredecible, todavía tienen una organización global sutil llamada atractor extraño, "dice Nir Lahav, del Departamento de Física de la Universidad Bar-Ilan, el autor principal del estudio. "Cada sistema caótico atrae su propio atractor extraño único. Por sincronización topológica queremos decir que dos atractores extraños tienen la misma organización y estructuras. Al comienzo del proceso de sincronización, áreas pequeñas en un atractor extraño tienen la misma estructura que el otro atractor, lo que significa que ya están sincronizados con el otro atractor. Al final del proceso, todas las áreas de un atractor extraño tendrán la estructura del otro y se habrá alcanzado la Sincronización Topológica completa ".

El descubrimiento de la sincronización topológica revela que, en contraste con lo que se suponía anteriormente, Los sistemas caóticos se sincronizan gradualmente a través de estructuras locales que, asombrosamente, comenzar en las áreas dispersas del sistema y solo luego extenderse a las áreas más pobladas. En estas áreas dispersas la actividad es menos caótica que en otras áreas y, como resultado, Es más fácil sincronizar estas áreas en relación con aquellas que son mucho más erráticas.

"Para entender por qué esto es sorprendente, piense en este escenario:dos grupos de amigos se encuentran en una fiesta. En cada grupo podemos encontrar extrovertidos, que se conecta fácilmente con extraños, e introvertidos, a quienes les resulta más difícil conectarse con un nuevo grupo, "explica Lahav." Asumiríamos que las primeras conexiones ocurrirían entre los extrovertidos y sólo más tarde los introvertidos crearían conexiones. Sería muy sorprendente ver que esto sucediera al revés. Pero esto es exactamente lo que encontramos en nuestros resultados. Asumimos que las áreas densas del sistema, donde se encuentra la mayor parte de la actividad, primero se sincronizarían entre sí (como los extrovertidos), pero en realidad descubrimos que las áreas de baja densidad fueron las primeras en sincronizarse (las introvertidas) ".

Esta novedad conceptual pertenece no solo a nuestra comprensión fundamental de la sincronización, pero también tiene implicaciones prácticas directas sobre los límites de previsibilidad de los sistemas caóticos. En efecto, gracias a esta sincronización local recién definida, los investigadores muestran que el estado de un sistema se puede inferir de las mediciones del otro, incluso en ausencia de sincronía global. Podemos predecir dónde aparecerán las áreas sincronizadas en el acoplamiento de la semana, mucho antes de completar la sincronización.

Actualmente, los investigadores están aplicando sus hallazgos para tratar de descubrir cómo la autoorganización puede surgir en otros sistemas complejos de la naturaleza, como el cerebro humano.