Эффект синхронизации по Христиану Гюйгенсу

«Явление синхронизации было открыто в 1665 году великим голландским физиком Христианом Гюйгенсом.

Он обнаружил, что маятники двух часов, спустя некоторое время, после того как их  повесят рядом на одну стену, начинают качаться полностью синхронно.

Когда эти часы поместят на противоположные стены комнаты, явления синхронизации не наблюдается. Очевидно, что синхронизацию колебаний маятников этих часов можно объяснить их влиянием друг на друга через невидимую на глаз вибрацию стены, на которой они висят.

Синхронизация представляет собой частный случай эффекта, называемого «захватом фазы» (phase locking). Когда два одинаковых осциллятора связаны друг с другом, есть две возможности их совместного движения: когда разность фаз их колебаний равна нулю (синхронизация) и когда разность фаз равна 180° (антисинхронизация). Если сеть связанных осцилляторов содержит больше двух осцилляторов, то число возможностей увеличивается.

В живой природе и в искусстве чаще всего мы имеет дело с большим числом связанных осцилляторов, и здесь обычно реализуется именно синхронный тип поведения.

Синхронизация играет важнейшую роль в пространственно-временной организации одно- и многоклеточных организмов. Синхронно делятся клетки на ранних стадиях эмбрионального развития. Волокна сердечной мышцы также сокращаются синхронно. Синхронизация наблюдается в полёте стай птиц и движении косяков рыб: взмахи крыльев и плавников происходят синхронно. Впечатляющим примером явления синхронизации в живой природе может служить согласованно вспыхивающее свечение многих тысяч светлячков, которые обычно собираются в огромных количествах на берегах рек в Южной Азии.

Математический анализ поведения сети большого числа связанных осцилляторов показывает, что легче всего режим синхронизации наступает в том случае, когда на каждый отдельный осциллятор влияет уже сформировавшийся ритм окружающих его осцилляторов. В случае светлячков это условие, видимо, удовлетворяется, и каждый светлячок подстраивается под уже сформировавшийся ритм своих соседей. Очевидно, эти условия выполняются во многих случаях синхронного поведения и в социальной системе: идущем в ногу строе солдат, хоровом пении, танцах, овациях и скандировании в концертном зале и т. д.

Система связанных осцилляторов десинхронизирована, пока сила связи между осцилляторами не превышает критического значения, равного удвоенной ширине разброса частот. После этого в системе связанных осцилляторов появляется «островок синхронизации», размер которого растет по мере роста силы связи между осцилляторами. В предельном случае бесконечно большой силы связи все осцилляторы будут колебаться синхронно. Эта глубокая связь между явлением синхронизации и феноменологией критических состояний - ещё одна иллюстрация того, как естественно-научные методы выявляют скрытое для обыденного сознания единство природы. Выявить это единство, показать, что деление науки на естественно-научные и гуманитарные дисциплины условно - одна из задач этой книги.

Аплодисменты и овации представляют собой наиболее заметные и значимые проявления коллективного, самоорганизующегося поведения. 3. Неда (Z. Neda) и другими исследователями изучалось явление синхронизации аплодисментов в оперных и театральных спектаклях в Венгрии и Румынии как переход от быстрых, асинхронных аплодисментов к более медленным, но синхронным овациям.

Увеличение частоты уже синхронных аплодисментов может служить мерой настойчивости требований повторного выступления, но такие синхронные овации снова переходят в шум при появлении исполнителя для выступления «на бис».

Обычно после нескольких секунд асинхронных аплодисментов наблюдалось возникновение периодического синхронного сигнала (этот сигнал регистрировался микрофоном, расположенным под потолком зала).

Этот переход к синхронному режиму сопровождался ростом величины параметра порядка, который определялся как максимум корреляции между сигналом и периодической синусоидальной функцией.

Частота аплодисментов уменьшается приблизительно в два раза (от трёх хлопков в секунду до полутора), а период хлопков соответственно удваивался от того момента, когда возникает синхронное поведение, до момента, когда эта частота медленно уменьшается и аплодисменты переходят к асинхронному хлопанью. Возникновение периодического сигнала при синхронизации хлопков сопровождается ростом его интенсивности и уменьшением интенсивности шума».

Евин И.А., Искусство и синергетика, М., «Едиториал УРСС», 2004 г., с. 51-54.