La investigación muestra por qué las luciérnagas parpadean al unísono a pesar de que cada insecto individual es diferente. Crédito:Toan Phan
Los investigadores de la Northwestern University han agregado una nueva dimensión a la importancia de la diversidad.
Por primera vez, Los físicos han demostrado experimentalmente que ciertos sistemas con entidades que interactúan pueden sincronizarse solo si las entidades dentro del sistema son diferentes entre sí.
Este hallazgo ofrece un nuevo giro a la comprensión previa de cómo el comportamiento colectivo que se encuentra en la naturaleza, como luciérnagas parpadeando al unísono o células marcapasos trabajando juntas para generar un latido del corazón, puede surgir incluso cuando los insectos o células individuales son diferentes.
Adilson Motter de Northwestern, quien dirigió la investigación, explicó que las entidades idénticas se comportan naturalmente de manera idéntica, hasta que comienzan a interactuar.
"Cuando interactúan entidades idénticas, a menudo se comportan de manera diferente entre sí, "dijo Motter, quien es profesor de física en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern. "Pero identificamos escenarios en los que las entidades se comportan de manera idéntica nuevamente si las hace adecuadamente diferentes entre sí".
Este descubrimiento podría ayudar a los investigadores a optimizar los sistemas creados por humanos, como la red eléctrica, en el que muchas partes deben permanecer sincronizadas mientras interactúan entre sí. También podría potencialmente informar cómo grupos de humanos, como jurados, puede coordinarse para llegar a un consenso.
La investigación se publicará el lunes, 20 de enero en la revista Física de la naturaleza . Motter fue coautor del artículo con Takashi Nishikawa y Ferenc Molnar de Northwestern, un ex investigador postdoctoral en Northwestern que ahora se encuentra en la Universidad de Notre Dame.
Este trabajo amplía el artículo de Nishikawa y Motter de 2016, que teóricamente predijo el fenómeno.
La investigación muestra cómo los gansos pueden coordinarse para moverse todos juntos en una bandada o en formación de V, aunque cada ave individual es diferente. Crédito:Wendy Wei
"Es interesante que los sistemas deben ser asimétricos para exhibir simetría de comportamiento, "dijo Nishikawa, profesor investigador de física en Weinberg. "Esto es notable matemáticamente, mucho menos físicamente. Entonces, muchos colegas pensaron que era imposible demostrar experimentalmente este efecto ".
Motter y sus colaboradores hicieron posible lo aparentemente imposible mediante el uso de tres generadores eléctricos idénticos. Cada generador osciló a una frecuencia de exactamente 100 ciclos por segundo. Cuando se separan, los generadores idénticos se comportaron de manera idéntica.
Cuando se conecta para formar un triángulo, sus frecuencias divergieron, pero solo hasta que los generadores se desajustaron adecuadamente para tener diferentes disipaciones de energía. En ese punto, se sincronizaron de nuevo.
"Esto se puede visualizar colocando una pequeña lámpara entre cada par de generadores, "Explicó Molnar." Cuando los generadores son idénticos, la lámpara parpadea, lo que significa que los generadores no están sincronizados. Pero cuando la disipación de los generadores se ajusta a diferentes niveles, la parada parpadeante, lo que indica que los voltajes del generador están oscilando en sincronía ".
Los investigadores llamaron a este fenómeno "ruptura de simetría inversa" porque representa lo opuesto al fenómeno previamente conocido de ruptura de simetría. que subyace a la superconductividad, el mecanismo de Higgs e incluso la aparición de rayas de cebra.
En simetría rompiendo las ecuaciones dinámicas tienen una simetría que no se observa en el comportamiento del sistema, mientras que la ruptura de la simetría inversa se refiere a situaciones en las que el comportamiento del sistema tiene una simetría determinada solo cuando esa simetría se evita en las ecuaciones dinámicas.
"Puede parecer contradictorio, ", Dijo Motter." Pero nuestra teoría predice que esto es cierto en muchos sistemas, no solo los electromecánicos ".
El equipo de Motter planea explorar las implicaciones de sus hallazgos en las redes sociales, sistemas tecnológicos y biológicos. En particular, el equipo está trabajando activamente en el diseño de una red eléctrica más estable al tiempo que permite la incorporación de una proporción cada vez mayor de energía procedente de fuentes renovables.
