同步

● 成千上萬隻同步閃爍的螢火蟲，整齊劃一收縮的心臟起搏細胞，上萬億個在超導體中一致前進的電子……這些我們身邊的同步現象，都指向了某種自組織現象，有關這種秩序的自發產生，是許多科學家終其一生研究的主題。而研究表明，持續、自發的同步現象與“耦合振子”的運動密切相關。

● 耦合振子究竟如何自發同步？在什麼條件下同步？什麼時候同步不可能出現，什麼時候又不可避免？當失去同步時，會出現什麼樣的組織形式？我們正在努力學習的一切，其實際意義是什麼？通過閱讀本書，回答這些問題，我們將遇見一個隱藏的美麗世界，一個只有通過數學才能看到的世界。

●除了理解同步現象本身，讀者還將與作者一起體驗在科學戰壕中工作的諸多感受——曲折的探索、碰壁的苦楚、新發現的興奮、從學生到同事再到導師的蛻變。閱讀本書將是一種難得的樂趣！

斯蒂芬·斯托加茨

●哈佛大學博士，曾擔任哈佛大學和麻省理工學院講師。

● 1994年成為康奈爾大學應用數學教授，在混沌理論和複雜性理論方面的開創性研究工作獲得了廣泛認可。

●在職業生涯中獲獎無數，包括麻省理工學院教學獎和美國總統青年研究員獎。

前言 聆聽同步的循環之聲

第一部分 思考同步

01螢火蟲閃爍：同步是必然發生的

螢火蟲同步閃爍的壯觀景象是自然界的一大奇觀，同時這一現象也是科學界的未解之謎。是誰在“指揮”著成千上萬的螢火蟲共同跳起這樣奇特的舞蹈？科學家通過將螢火蟲抽象為“振子”研究發現，生命現象中總是存在一種持續的、節律性的同步。

02腦電波研究：同步發生的條件

控制論先驅維納通過研究腦電波，揭示了同步產生的條件——振子通過彼此之間的“頻率牽引”實現同步，這是自然界基本的自組織機制之一。隨後，幾位科學家各抒己見，在數學上解釋了生物振子如何同步這一問題。

03睡眠周期：同步與非同步的鬥爭

人體內存在一個生物鐘，數百萬年的進化使得我們的身體可以自動與晝夜更替協調一致。睡眠周期和晝夜節律同步是大自然給人類的饋贈。這種同步一旦紊亂就會引發嚴重的問題。科學研究發現了這種規律，但對規律的基礎仍一無所知。

第二部分 發現同步

04蒼茫的宇宙：同步無處不在

無生命體之間也存在同步現象。同步不依賴於智能、生命和自然選擇，它源於深刻的萬物之源：數學和物理定律。同步研究帶來了激光、電網和全球定位系統，甚至地球上的水也可能是太空尺度的同步現象所賜。同步是蒼茫宇宙的背景聲。

05量子的合唱：同步無孔不入

宏大的同步現象可以發生在宇宙這個大的尺度上，而在物質深處，在量子尺度上發生的同步現象更為驚人和反直覺。量子粒子的同步超越了一切宏觀現象，超導就是量子領域同步現象的完美應用。

06晃動的千禧橋：中間物的弱耦合 / 152

千禧橋開放當日，數以萬計興奮的倫敦市民湧向橋面，人流湧入幾分鐘后，鋼製大橋開始晃動。由於同步引發的事故，千禧橋在開放三天後即被政府關閉。

第三部分 探索同步

07混沌：蝴蝶效應

混沌科學是 20 世紀物理學的第三次偉大革命。混沌和同步本質上不是矛盾的，由於混沌同步的存在，同步不再只與節律性有關，與之相關的還有循環、周期和重複。

08三維中的同步

三維中的同步形態會呈現出一種螺旋波，螺旋波似乎是有生命的，可以自維持，不需要起搏器。螺旋波連續疊加，會形成捲軸波。科學界對螺旋波和捲軸波的研究興趣呈爆炸式增長，這項研究直接的應用是解決心律失常和心臟性猝死問題。

09小世界網路：深層的無尺度結構

我們生活在一個小世界網路里，通過 6 個人，就可以聯繫到地球上的每個人。不僅社交網路是小世界網路，網際網路、我們的大腦、物種間的食物鏈、細胞的代謝網路、《財富》1000 強的董事會，甚至英語的語法結構都是小世界網路。理解小世界網路的意義對我們的生活影響巨大。

10人類社會：從流行到意識產生

在心理學和群體行為學領域，人群同步是不可忽視的現象。某種東西的突然流行、傳染病的爆發、交通擁堵，甚至意識的形成，都與同步現象有關。這些問題與我們的生活息息相關，科學家正在不斷探索，找尋其背後的機理及解決問題的方案。

後記

譯者後記