《自然·物理學》雜誌近日報導，美國西北大學的研究人員為多樣性的重要性又增加了一個新的維度。他們首次通過實驗證實，具有相互作用的某些實體系統，只有在實體彼此不同時才能同步。這一發現為諸多物理學現象（起搏器工作）和自然界集體行為（螢火蟲一致發光）提供了新的見解。
西北大學物理學教授、項目負責人Adilson Motter認為，相同的實體在開始產生相互作用之前，行為自然是相同的。他說：「當相同的實體開始產生相互作用時，它們的行為往往會變得不同。但我們確定了這樣的場景，即外界賦予實體適當的差異後，它們的行為反而會再次同步。」
該發現有助於研究人員優化電網等人造系統，以及揭示陪審團等人類群體達成共識的機制。Motter與西北大學的Takashi Nishikawa和Ferenc Molnar等共同完成了論文。
西北大學物理學研究教授Nishikawa說：「有趣的是，系統需要不對稱性才能表現出行為對稱性。不論從數學、還是物理學的角度來看，這都是很了不起的事情。此前，有很多研究人員認為無法用實驗證明這種效應。」
Motter等使用3台完全相同的發電機完成了驗證實驗。每台發電機的振蕩頻率為每秒100次。發電機獨自運行時，表現是相同的。而當它們構成三角形系統時，頻率產生了發散現象。接著，當發電機「恰當地不匹配」時，它們又同步了。
Molnar解釋說：「這可以通過在每一對發電機之間設置一個小型燈泡來直觀演示。當發電機相同時，燈會閃爍，這意味著發電機不同步。但當發電機的損耗被調整到不同的水平時，閃爍停止了，這說明發電機的電壓在同步振蕩。」
研究人員將這一現象稱為「逆對稱性破缺」。它是之前已知的對稱性破缺現象的對立面，而對稱性破缺是超導性、希格斯介子機制和斑馬條紋現象的基礎。在對稱性破缺中，動力學方程存在系統行為中未被觀察到的對稱性。而對於逆對稱性破缺而言，只有當動力學方程避免對稱時，系統行為才會具有給定的對稱性。Motter說：「這似乎是違反直覺的。但根據我們的理論預測，這在許多系統中都是存在的，而不僅僅限於機電系統。」
Motter團隊計劃繼續探索該發現對社會、技術和生物系統的意義。例如，該團隊正在積極致力於設計更穩定的電網系統，並增加可再生能源的份額。
原創編譯：雷鑫宇 審稿：alone 責編：張夢
期刊來源：《自然·物理學》
期刊編號：1745-2473
原文連結：https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-01/nu-pst011720.php
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