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萤火虫同步发光的现象说明了什么?

2021-07-25 10:43:19 710 字数:628字 萤火虫

  在东南亚的一些丛林中,傍晚时常常能看到星星点点的光芒逐渐汇聚,这是千千万万只萤火虫在飞舞,开始时它们还依照自己的节奏,各自发着光,但突然之间,似乎冥冥之中受到指挥,会同时发光和熄灭,在夜间构成一幅蔚为壮观的奇景。

  发生在萤火虫身上的同步发光现象,其实在自然界普遍存在,它反映了不同个体间协同一致的行为和特征。最早对同步现象的发现,可以追溯到荷兰著名物理学家惠更斯。他在1665年发现了悬挂在同一横梁上的两个摆钟会出现相位上的同步。随后,大量的同步现象被发现和研究:剧场里一场完美的演出后,观众热烈的掌声会由最初的杂乱无序自然而然地趋于同一个节奏;心脏的众多起搏细胞的功能,也是通过其协调一致地同时发挥作用而实现的;此外,秋天旷野里蛐蛐和仲夏雨后池塘中青蛙的齐声鸣叫,等等,这些都是常见的同步现象。

  能在众多不同的个体间出现同步现象,有两个基本的前提:一是不同的个体在本质上具有相同的属性,比如同是萤火虫;二是在这些不同的个体之间有某种默契和耦合的关系。用数学的语言来讲,就是不同的个体随时间的演化状态都可以本质上用同一支配方程(大都是常微分方程,也可以是偏微分方程)来描述,但同时,这些支配方程还要体现不同个体间的相互耦合而连接成一个复杂的耦合方程组。一旦建立了这样的数学模型,就可以用数学的方法和手段来描述、预测或控制有关的同步现象。从20世纪80年代以来,这方面的研究已成为了一个相当热门的领域。

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