In alcuni sistemi fisici, anche elementi molto distanti tra loro sono in grado di sincronizzare le loro azioni. A prima vista, il fenomeno appare misterioso. Utilizzando una rete di semplici oscillatori elettronici interconnessi come un anello, ricercatori dell'Istituto di fisica nucleare dell'Accademia polacca delle scienze di Cracovia hanno dimostrato che la sincronizzazione remota può, almeno in certi casi, essere spiegato abbastanza chiaramente.

Il fisico più affascinante, i processi chimici e biologici sono probabilmente quelli in cui "qualcosa" deriva dal "nulla". Per esempio, perché gli anelli concentrici appaiono improvvisamente in uno strato di liquido apparentemente omogeneo, come nel caso della reazione Belousov-Zhabotinsky? Perché un'idra può avere molti tentacoli, sempre organizzato così regolarmente? Perché in una rete di una dozzina di oscillatori elettronici semplici collegati ad anello, alcuni elementi remoti iniziano improvvisamente a funzionare con lo stesso ritmo? Alla radice di fenomeni simili in sistemi così diversi, ci sono universali, anche se ancora poco compreso, meccanismi di sincronizzazione dell'attività dei componenti di un sistema. Le sfumature di uno di questi meccanismi sono state appena spiegate dagli scienziati dell'Istituto di fisica nucleare dell'Accademia polacca delle scienze (IFJ PAN) di Cracovia, in stretta collaborazione con i colleghi dell'Università di Palermo e dell'Università di Catania in Italia.

La sincronizzazione che porta alla nascita della forma (che rappresenta una forma di morfogenesi) può avvenire in sistemi di diversa natura, e vari meccanismi possono essere responsabili del suo verificarsi. Una metafora di una situazione rappresentativa è che in un gruppo abbastanza uniforme di invitati che non si conoscono a una grande festa, gruppi chiaramente visibili di interessi simili si formano rapidamente, all'interno del quale le persone trascorrono la maggior parte del tempo a parlare tra loro. Questo tipo di fenomeno, il risultato di caratteristiche specifiche di determinati elementi o derivante da eventi accidentali, è indicato come sincronizzazione dei cluster. È presente in molti sistemi fisici, Per esempio, tra i neuroni del cervello umano.

"Nella nostra ultima ricerca, abbiamo avuto a che fare con un'istanza di un tipo correlato di sincronizzazione, sincronizzazione remota. Questo è quando elementi o gruppi di elementi che non sono direttamente collegati tra loro sincronizzano la loro attività, ma farlo senza trascinare gli altri elementi attraverso i quali viene propagata l'informazione di sincronizzazione. Assomiglia a una situazione in cui due persone si scambiano informazioni tra loro tramite un corriere, ma il corriere non solo non può leggere il contenuto dei messaggi, ma spesso è del tutto ignaro dell'esistenza di un messaggio nascosto, " spiega il Dott. Ludovico Minati (IFJ PAN), l'autore principale della pubblicazione nella nota rivista scientifica Caos .

Ad oggi sono state descritte varie occorrenze di sincronizzazione remota, e si ritiene che la sincronizzazione remota avvenga tra aree del cervello distanti tra loro, tra fenomeni meteorologici su diversi continenti, e anche tra elementi di circuiti elettronici. Nel 2015, Dott. Minati, poi all'Università di Trento, descrisse un esempio di questo tipo di sincronizzazione in reti costituite da appena una dozzina di oscillatori elettronici semplici collegati in serie come un anello. È stato notato quindi che i singoli oscillatori hanno cercato di sincronizzarsi non solo con i loro vicini più vicini sull'anello, ma anche con alcuni più lontani, rimanendo allo stesso tempo meno desincronizzato con altri posti a distanza intermedia.

"Abbiamo osservato questo effetto con vero fascino, perché si è verificato in un dispositivo molto più piccolo, ma soprattutto, radicalmente più semplice del cervello. Il fenomeno è stato descritto in dettaglio. Sfortunatamente, non siamo riusciti a comprenderne appieno la natura. Abbiamo presentato una spiegazione soddisfacente solo nella nostra ultima pubblicazione, "dice il dottor Minati.

I ricercatori dell'IFJ PAN hanno studiato sperimentalmente anelli di oscillatori e con l'uso di simulazioni al computer. L'osservazione che l'informazione deve propagarsi negli anelli utilizzando non una ma tre frequenze si è rivelata una svolta (a questo proposito, il fenomeno ricorda la modulazione di ampiezza utilizzata nella tecnologia radio). Ogni oscillatore non solo generava un proprio segnale di natura caotica, ma ha anche reagito ai segnali provenienti da oscillatori vicini, e li trasferì alle altre due bande. A seconda della loro fase in un dato oscillatore, questi segnali sono stati amplificati o indeboliti in modo simile a un effetto di interferenza. I ricercatori hanno quindi osservato modelli che ricordano le bande di diffrazione ben note dall'ottica. Fluttuazioni di intensità di sincronizzazione che hanno dato luogo a "remota" sono apparse tra oscillatori in cui si è verificata un'interferenza costruttiva o distruttiva.

Per comprendere meglio la natura della sincronizzazione osservata, i fisici di Cracovia hanno sottoposto gli anelli dell'oscillatore a ulteriori test. È stata testata la sensibilità della sincronizzazione al rumore ad alta intensità introdotto nei vari siti dei sistemi, e sono stati simulati un numero variabile di oscillatori nell'anello insieme agli effetti che appaiono sulla sua apertura. L'analisi dei risultati ha permesso di determinare che negli anelli oscillatori studiati, la sincronizzazione remota non è tanto una caratteristica globale dell'intero sistema, in quanto è il risultato delle interazioni locali dei singoli oscillatori con l'ambiente circostante. Allo stesso tempo, i ricercatori hanno anche studiato se la sincronizzazione remota potesse essere utilizzata per trasferire un segnale introdotto nel sistema dall'esterno. Il risultato, però, era negativo.

"Comprendere i meccanismi associati al verificarsi di complesse interdipendenze tra elementi in sistemi di diversa natura è una grande sfida nella scienza non lineare. Abbiamo ancora una comprensione limitata dei meccanismi responsabili della maggior parte dei tipi di sincronizzazione remota. Una conoscenza più completa di simili processi avrebbero un notevole significato teorico e pratico. Chi lo sa? Forse potremmo prevedere meglio, Per esempio, comportamenti collettivi in ​​vari social network o anche mercati finanziari, " afferma il Prof. Stanislaw Drozdz (IFJ PAN, Università della Tecnologia di Cracovia).