《同步》

宇宙中的同步现象是引起我们共鸣的奥秘之一。萤火虫一齐闪烁，鱼群优雅地移动，成千上万只蟋蟀齐声鸣叫，甚至女性室友之间的月经周期随着时间的推移开始相互匹配……这些平时看起来让你在某一刻感到好奇的现象，你清楚是如何产生的吗？让我们稍微回想一下2008年的北京奥运会开幕式，模拟活字印刷术的“字模”上下起舞，在深沉悠远的吟诵声中，一个醒目的“和”字逐渐凸显出来，叹为观止的视觉冲击力下，你是否也感受到了中国崛起的自信？

甚至你都没有发觉，那些还没有生命的东西之间也同样存在同步：光子形成的激光束;电子在超导体中进行穿行;月亮的转动速度与环绕地球的速度完全相同。这些无意识的没有生命的同步，看上去更像是奇迹。甚至我们的身体本身也是一曲富有韵律的交响乐，通过心脏中成千上万的起搏细胞持续不断且协调一致的发射，维持着我们的生命。无论哪种情形，这些同步的壮举都是自发出现的，仿佛宇宙对于秩序有一种怪异的向往。

相信这些疑问也曾经存在于你的脑中，但却始终找不到答案。但是我今天要向你推荐的这位“伟大的头脑”没有轻易放过这个疑问，而之后20多年的学术生涯中，都企图找到宇宙同步的终极钥匙。从最初的一名哈佛大学的研究生就开始搜集同步现象的相关资料，到后来成为麻省理工学院和康奈尔大学的应用学教授，他一直都没有放弃，都在试图解答中学时期他发现的那个关于钟摆的秘密。他就是“复杂性理论”开创性研究者斯蒂芬·斯托加茨（Steven Strogatz）。

钟摆的秘密

关于这个秘密，那还得回到斯蒂芬·斯托加茨上高中一年级时的一次顿悟。在《科学I》课程最初的一个实验中，老师发给每人一块秒表和一个玩具钟摆。斯蒂芬·斯托加茨的任务是测量钟摆的周期，就是钟摆摆动一个来回花费的时长，分析摆动周期与摆长之间的关系：更长的摆臂会使得玩具钟摆摆动得更快还是更慢，抑或是保持不变?

为了找出结果，斯蒂芬·斯托加茨将钟摆摆臂调整到了最短长度，测量玩具钟摆的周期，并将结果绘制在坐标纸上。然后斯蒂芬·斯托加茨又逐步增加摆臂长，重复实验，每次只将摆臂伸长一个单位。当斯蒂芬·斯托加茨在坐标纸上画出第四个和第五个点时，斯蒂芬·斯托加茨突然被吸引住了，这些点连接起来竟然变成了一条美丽的抛物线。斯蒂芬·斯托加茨惊奇地发现在《代数II》课程中学习的这些抛物线正在秘密地支配这些钟摆的运动啊。斯蒂芬·斯托加茨感觉自己被一种惊奇和恐惧笼罩了，那一刻的启示，让斯蒂芬·斯托加茨开始意识到一个隐藏的美丽世界，一个只有通过数学才能看到的世界。自此以后斯蒂芬·斯托加茨走上了破解宇宙同步的历险。

从0到1的开荒

要知道，直到几年前，关于同步的研究还只是一个属于其他大学科中的分支学科，生物学家、物理学家、数学家、天文学家、工程师和社会学家都在各自的领域里默默耕耘，通过看似独立的方法进行探索。渐渐地，斯蒂芬·斯托加茨开始整合从各学科中得到关于同步的见解，这一新科学的核心则是对“耦合振子”展开研究。萤火虫、行星或心脏起搏细胞群体，都是振子的集合。所谓振子，是指自动循环的实体以或长或短的规律性时间间隔一次次重复自己的行为，例如萤火虫的闪光、行星的公转以及心脏起搏细胞的发射。对于两个或两个以上的振子，如果某些物理或化学过程使得它们相互影响，那么就称之为“耦合振子”。

再通俗一点讲：比如两个用弹簧悬挂起来的小球，在忽略引力的前提下，他们之间没有发生相互作用，如果我们用绳子把它们连接，然后让他们振动起来，这就算是把这两个振子「耦合」了起来。

斯蒂芬·斯托加茨开始马上制作简单的模型，用来解构真实的萤火虫同步闪烁和超导体现象，用理想化的方程组来模拟它们的群体行为。斯蒂芬·斯托加茨尝试用微积分和计算机观察同步如何从混沌中涌现。这些谜团的有趣之处是，它们位于已知的数学的边缘。研究两个耦合振子没有什么挑战性，早在20世纪50年代，人们就理解了它们的运动。但对于涉及成百上千个振子的问题，仍一无所知。具有如此多变量的系统的非线性动力学超出了目前人类的认知范围。即使在超级计算机的帮助下，巨大的振子系统的集体行为也仍然是一个令人敬畏的未知领域，但斯蒂芬·斯托加茨并没有因此放弃。

然而，在过去的10多年中，通过斯蒂芬·斯托加茨的努力，一个特殊的案例终于被解决了，由此打开了更深入了解同步的一扇大门。如果假设，在一个群体中的所有振子几乎相同，而且彼此间的相互耦合也完全相同，那么其动力学特性在数学上就变得容易处理了。

可能讲到这里，你一定也想到了自然界中那些神奇的同步现象，比如说群飞的鸟，极有秩序的鱼群。这些并不是高度智慧的生物，但是从它们我们却看到了美妙的舞步。但是，对于和鸟和鱼这类弱小而易受伤害的生物来说，群居去迷惑捕食者确实是一种有用的策略。在很长一段时间内，生物学家对这种行为感到困惑，觉得不可思议。这些生物也并未学过舞蹈。 它们是自觉地“舞蹈”。

据斯蒂芬·斯托加茨的研究：群飞现象的原理，其实有三条简单的规则。第一，所有个体只需要知道靠近自己的近邻即可。第二，所有的个体都有排成行的趋势。第三，群鸟之间相互吸引，但同时又保留小段距离。当写下三条规则，群飞现象自然而然就产生了，鱼群和鸟群不同是，鱼比较倾向于彼此靠近，间隔一个身长，鸟则彼此间隔3到4个身长。除此之外，两者都收到三条规则约束。而当捕食者攻击，一切都改变了，鸟群、鱼群开始分散，但之后“吸引法则”又将它们聚在一起，所以产生了不断的分离与重组。这在自然界是常见的。请记住，尽管个体之间看起来是在合作，但实际只是自私的“达尔文”行为。每一次的分散都只是为了自己保命。 是出于自我保护的欲望，所有的个体都遵循这些规则，结果却是集体都获得了安全。它们并不是作为团队思考，但看起来却是如此。斯蒂芬·斯托加茨没有停下思考的脚步，近而思考了更深的问题：群聚对个体到底有何利处？确实有一些。

在群聚中，相比较处在一个较小的团体中，你被捕食的机会将大大降低。有许多双眼睛去发现危险。以鸟为例，当这只游隼准备攻击鸟群时， 那些不断增长的惊恐的浪潮将危险的信号传递到极遥远处。通过这种机制，在极短的时间里，信息可以跨越半公里以上。正如斯蒂芬·斯托加茨说：“这只是由三条简单的规则， 加上一条关于捕食者的规则，但这没有任何神奇之处。”斯蒂芬·斯托加茨认为，从数学层面上说，这只能算作是另一种实验。

从1到N的继续探索

斯蒂芬·斯托加茨感觉这还不是他想要的那把打开宇宙的钥匙，他开始把眼光放得更大了。1990年，美国百老汇剧作家格雷(J. Guare)在电影《六度分隔》中留下了这样一句经典台词：“在这个世界上，任意两个人之间，只隔着6个人。在这星球上的任何两人之间，只有六度分离。”虽然这一切在当时看来简直愚蠢，但斯蒂芬·斯托加茨感觉必定有重要的事情发生。

对于当时的斯蒂芬·斯托加茨来说，虽然已经隐约感受到了复杂网络影响力的巨大，也因此对全球化的结果感到困惑。斯蒂芬·斯托加茨坚定的认为：人类现在需要的是一套完整的思想体系：简单的、有组织的原则来指导我们走过数据的泥沼。如果历史可以作为指导的话，那么最敏锐的思想讲来自数学。斯蒂芬·斯托加茨也因此在1998 年，和学生邓肯·瓦茨发表了第一个从宏观角度观察复杂网络的比较研究。斯蒂芬·斯托加茨的分析显示，网络中的节点无论是神经元还是计算机，无论是人类还是发电机，每个节点都通过中介人的短链连接到其他节点。换句话讲，“小世界”现象远不止是人类社会生活中独有的：这是在自然和技术中发现的不同网络的统一特征。从那时起，斯蒂芬·斯托加茨第一次按住了宇宙同步的脉搏。

正如此，斯蒂芬·斯托加茨在1998年《自然》期刊刊表的《“小世界”网络中的集体动力学》，也因此成为十年间该领域引用次数最高的论文，甚至成为研究同步的基础。

正是这样一个冲在科学前沿的狂人，带领着我们探寻着宇宙中神秘莫测的同步现象。也因此写下了畅销全美的前沿科学科普著作——《同步》。斯蒂芬·斯托加茨在他的新书中提出了一个全新的观点：那就是在苍茫的宇宙中，同步无处不在，他不依赖于智能、生命和自然选择，它源于最深刻的万物之源：数学和物理定律。那么无孔不入的同步又隐藏有哪些秘密呢？睡眠周期和昼夜节律不同又会引发哪些严重的问题？某种东西的突然流行算是同步吗？这些问题的答案，都能在《同步》这本书里找到。