Físico do CBPF e colegas publicam modelo sobre o fenômeno da sincronização

Para quem já teve a chance de observar, é um fenômeno dos mais curiosos: as palmas de uma plateia sincronizando, sem que isso tenha sido combinado previamente entre os aplaudidores. Sincronia semelhante pode ser observada também na luz dos vaga-lumes ou no canto dos grilos. Artigo de um trio de físicos – um deles do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF), no Rio de Janeiro (RJ) – estabeleceu um modelo matemático bem geral que pode ajudar a descrever a sincronização em diversos sistemas, tanto naturais quanto artificiais.

O modelo desenvolvido pelo pesquisador titular do CBPF Raúl Vallejos ‒ em coautoria com a Celia Anteneodo, do Departamento de Física da Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, e Juan Carlos González-Avella, do Instituto de Física Interdisciplinar e Sistemas Complexos, da Universidade das Ilhas Baleares (Espanha) ‒ é basicamente um conjunto de centenas de equações.

O trio de pesquisadores partiu de ferramental matemático usado para entender a relação entre predadores e comida. Ou seja, uma equação ‒ tecnicamente, denominada mapa logístico ‒ que mostra como varia o número de indivíduos de uma população com a disponibilidade de alimento.

Três parâmetros

Vallejos e colegas juntaram cerca de 200 dessas equações, cada uma delas podendo representar um ‘sistema’ (uma ‘comunidade’). Por exemplo, uma comunidade de predadores, um vaga-lume, um grilo, um investidor da bolsa de valores; até mesmo uma célula cardíaca ou cerebral ‒ um ataque epilético é marcado por um sem-número de neurônios ‘disparando’ sinais nervosos em sincronia.

Ou seja, o modelo pode ser aplicado a grande gama de sistemas interagentes. O importante é que cada sistema tenha os seguintes requisitos básicos: i) apresentar uma dinâmica própria, como emitir luz ou sons, comprar ou vender, pulsar etc.; ii) as partes devem interagir em si.

Certas espécies de vaga-lumes podem apresentar o fenômeno da sincronização

(Crédito: Mike Lewinski/Wikimedia Commons)

Um computador analisou como essas equações evoluíam no tempo e determinou o estado final (‘atrator’, tecnicamente) do conjunto. Cada vez que o computador ‘rodava’ o modelo, os autores variaram três parâmetros: i) a intensidade da interação; ii) o alcance dessa interação; iii) e o ‘atraso’ dela, ou seja, o tempo que ela leva para chegar a cada elemento do sistema.

“A ideia era ver como esses três parâmetros ajudavam ou atrapalhavam a sincronização. Vimos, por exemplo, que interações de longo alcance, em geral, favorecem a sincronização”, comenta Vallejos, citando como exemplo o caso dos vaga-lumes, cuja interação se dá por meio da luz. O artigo está em Physical Review E (v. 95, p. 062213, 2017).

Mas, talvez, o resultado mais intrigante da análise computacional tenha sido o seguinte: uma interação de curto alcance ‒ isto é, entre os primeiros vizinhos ‒ com um atraso moderado também parece favorecer a sincronização.

“O modelo que desenvolvemos tem todos os ingredientes, bem como captura toda a essência, dos sistemas mais gerais e complexos”, resume Vallejos.

Um bando de grilos pode sincronizar o ‘canto’ (chilrear)

(Crédito: Wikimedia Commons)

Fenômeno comum

A sincronização é muito comum na natureza, a qual parece tender a um tipo de ‘ordem espontânea’. Por exemplo, uma multidão andando sobre uma ponte pode sincronizar seus passos e causar movimentos não previstos na estrutura, como ocorreu em Londres, em 10 de junho de 2000. O fenômeno está presente desde o diminuto universo subatômico ‒ com elétrons sincronizados na supercondutividade, na qual se conduz eletricidade sem perder calor ‒ ao ‘balé’ executado por pássaros e peixes ‒ biólogos acreditam que esse comportamento sirva para confundir os predadores.

Modelos computacionais indicam que as regras dessa fenomenal coreografia aérea e subaquática são basicamente três: i) cada indivíduo deve estar ciente apenas de seus vizinhos; ii) cada indivíduo tende a se alinhar com esses vizinhos; iii) cada indivíduo é atraído pelo outro, mantendo deste uma pequena distância.

Humanos, ao aplaudirem, tendem a sincronizar o som das palmas

(Divulgação: Ciell/Wikimedia Commons)

Humanos, ao cantarem ou dançarem, também tendem a sincronizar essas ações. Menos divulgado é o fato de objetos inanimados também sincronizarem. Talvez, o exemplo histórico mais emblemático seja o de relógios pendurados lado a lado. Foi em um sistema assim que o físico holandês Christiaan Huygens (1629-1695) percebeu que, passado certo tempo, os pêndulos tendiam a sincronizar seu movimento oscilatório ‒ no caso, a interação entre eles se dá por meio das vibrações mecânicas que produzem e se difundem pelo material com o qual estão em contato (parede, trave, suporte etc.).

Mais informações:

Artigo: https://journals.aps.org/pre/abstract/10.1103/PhysRevE.95.062213

Livro sobre sincronização (em inglês): https://www.amazon.com.br/Sync-Order-Emerges-Universe-Nature/dp/0786887214

Palestra sobre sincronização (em inglês): https://www.youtube.com/watch?v=aSNrKS-sCE0

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