Em alguns sistemas físicos, mesmo elementos bastante distantes uns dos outros são capazes de sincronizar suas ações. À primeira vista, o fenômeno parece misterioso. Usando uma rede de osciladores eletrônicos simples interconectados como um anel, pesquisadores do Instituto de Física Nuclear da Academia Polonesa de Ciências da Cracóvia demonstraram que a sincronização remota pode, pelo menos em certos casos, ser explicado com bastante clareza.

O físico mais fascinante, os processos químicos e biológicos são provavelmente aqueles em que "algo" vem do "nada". Por exemplo, por que os anéis concêntricos aparecem de repente em uma camada aparentemente homogênea de líquido, como no caso da reação de Belousov-Zhabotinsky? Por que uma hidra pode ter muitos tentáculos, sempre organizado tão regularmente? Por que em uma rede de uma dúzia ou mais de osciladores eletrônicos simples conectados em um anel, alguns elementos remotos de repente começam a operar no mesmo ritmo? Na raiz de fenômenos semelhantes em tais sistemas diferentes, existem universais, embora ainda mal compreendido, mecanismos de sincronização da atividade dos componentes de um sistema. As nuances de um desses mecanismos acabam de ser explicadas por cientistas do Instituto de Física Nuclear da Academia Polonesa de Ciências (IFJ PAN) em Cracóvia, em estreita colaboração com colegas da Universidade de Palermo e da Universidade de Catania, na Itália.

A sincronização que leva ao nascimento da forma (representando uma forma de morfogênese) pode ocorrer em sistemas de natureza diversa, e vários mecanismos podem ser responsáveis ​​por sua ocorrência. Uma metáfora de uma situação representativa é que, em um grupo bastante uniforme de convidados que não se conhecem em uma grande festa, grupos claramente visíveis de interesses semelhantes se formam rapidamente, dentro do qual as pessoas passam a maior parte do tempo conversando entre si. Esse tipo de fenômeno - o resultado de características específicas de certos elementos ou surgindo de eventos acidentais - é conhecido como sincronização de cluster. Está presente em muitos sistemas físicos, por exemplo, entre neurônios no cérebro humano.

"Em nossa última pesquisa, temos lidado com uma instância de um tipo relacionado de sincronização, sincronização remota. É quando elementos ou grupos de elementos que não estão diretamente conectados entre si sincronizam sua atividade, mas faça isso sem arrastar os outros elementos através dos quais as informações de sincronização são propagadas. É semelhante a uma situação em que duas pessoas trocam informações por meio de um mensageiro, mas o mensageiro não só não consegue ler o conteúdo das mensagens, mas muitas vezes não percebe a existência de uma mensagem oculta, "explica o Dr. Ludovico Minati (IFJ PAN), o principal autor da publicação na conhecida revista científica Caos .

Várias ocorrências de sincronização remota foram descritas até o momento, e a sincronização remota é considerada como ocorrendo entre áreas do cérebro distantes umas das outras, entre fenômenos meteorológicos em diferentes continentes, e até mesmo entre elementos de circuitos eletrônicos. Em 2015, Dr. Minati, então na Universidade de Trento, descreveu um exemplo desse tipo de sincronização em redes construídas com apenas uma dúzia ou mais de osciladores eletrônicos simples conectados em série como um anel. Percebeu-se então que os osciladores individuais tentavam sincronizar não apenas com seus vizinhos mais próximos no anel, mas também com alguns mais distantes, enquanto, ao mesmo tempo, permanece menos dessincronizado com outros localizados a uma distância intermediária.

"Observamos esse efeito com verdadeiro fascínio, porque ocorreu em um dispositivo muito menor, mas acima de tudo, radicalmente mais simples do que o cérebro. O fenômeno foi descrito em detalhes. Infelizmente, não fomos capazes de compreender totalmente sua natureza. Apresentamos apenas uma explicação satisfatória em nossa última publicação, "diz o Dr. Minati.

Pesquisadores do IFJ PAN estudaram anéis de osciladores experimentalmente e com o uso de simulações computacionais. A observação de que a informação tem que se propagar nos anéis usando não uma, mas três frequências acabou sendo um grande avanço (a este respeito, o fenômeno se assemelha à modulação de amplitude usada na tecnologia de rádio). Cada oscilador não gerou apenas seu próprio sinal de natureza caótica, mas também reagiu a sinais vindos de osciladores próximos, e os transferiu para as outras duas bandas. Dependendo de sua fase em um determinado oscilador, esses sinais foram amplificados ou enfraquecidos de maneira semelhante a um efeito de interferência. Os pesquisadores observaram padrões que lembram as bandas de difração bem conhecidas da óptica. Flutuações de intensidade de sincronização que dão origem a "distância" apareceram entre os osciladores onde ocorreram interferências construtivas ou destrutivas.

A fim de compreender melhor a natureza da sincronização observada, os físicos baseados em Cracóvia submeteram os anéis osciladores a testes adicionais. A sensibilidade da sincronização ao ruído de alta intensidade introduzido em vários locais dos sistemas foi testada, e vários números de osciladores no anel foram simulados junto com os efeitos que aparecem em sua abertura. A análise dos resultados permitiu determinar que nos anéis osciladores estudados, a sincronização remota não é tanto uma característica global de todo o sistema, pois é o resultado das interações locais de osciladores individuais com seus arredores. Ao mesmo tempo, os pesquisadores também investigaram se a sincronização remota poderia ser usada para transferir um sinal introduzido de fora no sistema. O resultado, Contudo, foi negativo.

“Compreender os mecanismos associados à ocorrência de interdependências complexas entre elementos em sistemas de natureza diversa é um grande desafio na ciência não linear. Ainda temos um conhecimento limitado dos mecanismos responsáveis ​​pela maioria dos tipos de sincronização remota. Um conhecimento mais completo de semelhantes processos teriam considerável significado teórico e prático. Quem sabe? Talvez sejamos capazes de prever melhor, por exemplo, comportamentos coletivos em várias redes sociais ou mesmo nos mercados financeiros, "diz o Prof. Stanislaw Drozdz (IFJ PAN, Universidade de Tecnologia de Cracóvia).