物理学表明不完美造就完美

研究表明，尽管每种昆虫各不相同，萤火虫为什么会一致眨眼。

西北大学的研究人员为多样性的重要性增加了一个新的维度。

物理学家首次通过实验证明，只有当系统中的实体彼此不同时，某些具有交互实体的系统才能同步。

这一发现为以前对如何实现的理解提供了一个新的转折集体行为即使个体昆虫或细胞不同，自然界中发现的东西——例如协调闪烁的萤火虫或合作产生心跳的起搏器细胞——也会出现。

领导这项研究的西北大学的阿迪森·莫特解释说，相同的实体自然行为相同——直到它们开始相互作用。

西北温伯格艺术与科学学院物理学教授莫特说:“当相同的实体相互作用时，它们的行为往往会有所不同。但是我们确定了一些场景，在这些场景中，如果你让这些实体适当地彼此不同，它们的行为会再次相同。”

这一发现可以帮助研究人员优化人造系统，如电网，在电网中，许多部分在相互作用时必须保持同步。它也有可能告知陪审团等群体如何协调以达成共识。

这项研究将于1月20日星期一发表在杂志上自然物理学。莫特与西北大学的西川隆志和费伦茨·莫尔纳合著了这篇论文，后者是西北大学的前博士后研究员，现就职于圣母大学。

这项工作扩展了西川和莫特2016年的论文，该论文从理论上预测了这一现象。

研究表明，即使每只鸟各不相同，鹅也能如何协调以群体或垂直队形一起移动。

“有趣的是，系统需要不对称才能展现行为对称温伯格物理学研究教授西川说这在数学上是非凡的，更不用说物理上了。所以，许多同事认为通过实验证明这种效果是不可能的。"

莫特和他的合作者通过使用三个相同的发电机使得看似不可能的事情成为可能。每个发电机以每秒100个周期的频率振荡。分开后，相同的发电机表现相同。

当连接成三角形时，它们的频率会发散——但只有当发生器完全不匹配以具有不同的能量耗散时才会发散。这时，他们又同步了。

莫尔纳尔解释说:“这可以通过在每对发电机之间放置一盏小灯来实现。”。“当发电机相同时，灯闪烁，这意味着发电机不同步。但是当发电机的耗散被调整到不同的水平时，闪烁停止，表明发电机电压同步振荡。"

研究人员称这种现象为“逆向对称性破缺”，因为它与先前已知的对称性破缺现象相反，而对称性破缺现象是超导性、希格斯机制甚至斑马条纹出现的基础。

在对称性破缺中，动力学方程具有在系统行为中观察不到的对称性，而相反的对称性破缺涉及系统行为只有在动力学方程中避免对称性时才具有给定对称性的情况。

“这似乎违反直觉，”莫特说。"但是我们的理论预测这在许多系统中都是真实的，不仅仅是机电系统."

莫特的团队计划探索他们的发现对社会、技术和生物系统的影响。特别是，该团队正在积极设计电力网这更加稳定，同时允许来自可再生能源的越来越多的份额被纳入。