Một lời giải thích mới về cách đom đóm

[ad_1]

Cài Win online

Một kịch bản tương tự đã diễn ra vào những năm 1990, khi một nhà tự nhiên học ở Tennessee tên là Lynn Faust đọc lời khẳng định chắc chắn đã được công bố của một nhà khoa học tên là Jon Copeland rằng không có đom đóm đồng bộ ở Bắc Mỹ. Khi đó Faust biết rằng thứ mà cô đã theo dõi hàng chục năm trong khu rừng gần đó là một điều gì đó đáng chú ý.

Faust đã mời Copeland và Moiseff, cộng tác viên của ông, đi xem một loài ở Dãy núi Great Smoky có tên là photinus carolinus. Những đám đom đóm đực lấp đầy các khu rừng và khoảng đất trống, lơ lửng ở độ cao ngang người. Thay vì chớp mắt phối hợp chặt chẽ, những con đom đóm này phát ra một loạt chớp nhanh trong vòng vài giây, sau đó im lặng trong vài lần trước khi mất đi một đợt bùng phát khác. (Hãy tưởng tượng một đám đông các tay săn ảnh chờ đợi những người nổi tiếng xuất hiện đều đặn, chụp một loạt ảnh sau mỗi lần xuất hiện và sau đó xoay ngón tay cái của họ trong thời gian chết.)

Các thí nghiệm của Copeland và Moiseff cho thấy rằng P. carolinus những con đom đóm thực sự đã cố gắng phát sáng theo nhịp với một con đom đóm bên cạnh — hoặc đèn LED nhấp nháy — trong một chiếc lọ gần đó. Nhóm nghiên cứu cũng thiết lập các máy quay video có độ nhạy cao ở rìa cánh đồng và khu vực rừng thưa để ghi lại các tia chớp. Copeland xem qua từng khung hình, đếm xem có bao nhiêu con đom đóm được chiếu sáng tại mỗi thời điểm. Phân tích thống kê về dữ liệu được thu thập cẩn thận này đã chứng minh rằng tất cả đom đóm trong tầm nhìn của máy ảnh tại một hiện trường thực sự phát ra các vụ nổ flash đều đặn, tương quan với nhau.

Hai thập kỷ sau, khi Peleg và tiến sĩ sau tiến sĩ của cô, nhà vật lý Raphaël Sarfati, bắt đầu thu thập dữ liệu về đom đóm, thì đã có sẵn công nghệ tốt hơn. Họ đã thiết kế một hệ thống hai camera GoPro đặt cách nhau vài bước chân. Vì máy ảnh quay video 360 độ nên chúng có thể ghi lại chuyển động của đàn đom đóm từ bên trong chứ không chỉ từ bên cạnh. Thay vì đếm số lần nhấp nháy bằng tay, Sarfati đã nghĩ ra các thuật toán xử lý có thể lập tam giác trên các lần nhấp nháy của đom đóm được cả hai máy ảnh bắt được và sau đó ghi lại không chỉ thời điểm mỗi lần nhấp nháy xảy ra mà cả vị trí nó xảy ra trong không gian ba chiều.

Sarfati lần đầu tiên đưa hệ thống này vào lĩnh vực này ở Tennessee vào tháng 6 năm 2019 cho P. carolinus đom đóm mà Faust đã làm nổi tiếng. Đây là lần đầu tiên anh tận mắt chứng kiến ​​cảnh tượng đó. Anh ấy đã tưởng tượng ra thứ gì đó giống như những cảnh đồng bộ chặt chẽ của đom đóm từ châu Á, nhưng các vụ nổ ở Tennessee lộn xộn hơn, với các vụ nổ lên tới tám tia chớp nhanh trong khoảng bốn giây lặp lại khoảng 12 giây một lần. Tuy nhiên, sự lộn xộn đó thật thú vị: Là một nhà vật lý, ông cảm thấy rằng một hệ thống với những dao động mạnh có thể chứng minh nhiều thông tin hơn một hệ thống hoạt động hoàn hảo. “Nó phức tạp, khó hiểu theo một nghĩa nào đó, nhưng cũng rất đẹp,” anh nói.

Flashers ngẫu nhiên nhưng thông cảm

Trong thời gian học đại học của mình với việc đồng bộ đom đóm, Peleg lần đầu tiên học cách hiểu chúng thông qua một mô hình được nhà vật lý Nhật Bản Yoshiki Kuramoto chính thức hóa, dựa trên công trình trước đó của nhà sinh vật học lý thuyết Art Winfree. Đây là mô hình của sự đồng bộ hóa, ông tổ của các sơ đồ toán học giải thích cách thức sự đồng bộ hóa có thể phát sinh, thường là không thể tránh khỏi, trong bất kỳ thứ gì, từ các nhóm tế bào điều hòa nhịp tim trong tim người cho đến các dòng điện xoay chiều.

Ở mức cơ bản nhất, các mô hình của hệ thống đồng bộ cần mô tả hai quá trình. Một là động lực bên trong của một cá nhân bị cô lập—trong trường hợp này là một con đom đóm đơn độc trong lọ, bị chi phối bởi một quy luật sinh lý hoặc hành vi xác định thời điểm nó lóe sáng. Thứ hai là cái mà các nhà toán học gọi là sự liên kết, cách ánh sáng của một con đom đóm ảnh hưởng đến những con lân cận của nó. Với sự kết hợp ngẫu nhiên của hai phần này, một dàn hợp xướng của các tác nhân khác nhau có thể nhanh chóng hòa vào một bản hợp xướng gọn gàng.

Yoshiki Kuramoto, giáo sư vật lý tại Đại học Kyoto, đã phát triển mô hình đồng bộ hóa nổi tiếng nhất vào những năm 1970 và đồng phát hiện ra trạng thái chimera vào năm 2001.

Ảnh: Tomoaki Sukezane

Theo cách mô tả của Kuramoto-esque, mỗi con đom đóm riêng lẻ được coi như một bộ tạo dao động với nhịp điệu ưa thích nội tại. Hình dung những con đom đóm như có một con lắc ẩn đang đung đưa đều đặn bên trong chúng; hãy tưởng tượng một con bọ lóe lên mỗi khi con lắc của nó quét qua phần dưới cùng của vòng cung. Cũng giả sử rằng việc nhìn thấy một tia sáng lân cận sẽ kéo con lắc điều chỉnh tốc độ của con đom đóm về phía trước hoặc phía sau một chút. Ngay cả khi những con đom đóm bắt đầu không đồng bộ với nhau hoặc nhịp điệu bên trong ưa thích của chúng thay đổi riêng lẻ, thì một tập thể được điều chỉnh bởi các quy tắc này sẽ thường hội tụ trên một mẫu đèn flash phối hợp.

Một số biến thể của sơ đồ chung này đã xuất hiện trong nhiều năm, mỗi biến thể điều chỉnh các quy tắc của động lực học bên trong và khớp nối. Vào năm 1990, Strogatz và đồng nghiệp Rennie Mirollo của Đại học Boston đã chứng minh rằng một tập hợp rất đơn giản các bộ dao động giống đom đóm hầu như sẽ luôn đồng bộ hóa nếu bạn kết nối chúng với nhau, bất kể bạn bao gồm bao nhiêu cá nhân. Năm tiếp theo, Ermentrout đã mô tả cách các nhóm Pteroptyx malaccae đom đóm ở Đông Nam Á có thể đồng bộ hóa bằng cách tăng tốc hoặc giảm tần số bên trong của chúng. Gần đây nhất là vào năm 2018, một nhóm do Gonzalo Marcelo Ramírez-Ávila của Đại học San Andrés ở Bolivia dẫn đầu đã nghĩ ra một kế hoạch phức tạp hơn, trong đó đom đóm chuyển đổi qua lại giữa trạng thái “sạc” và trạng thái “xả” trong thời gian đó chúng nháy máy.

cài đặt phần mềm online
[ad_2]