Синхронизация: обзор различных случаев

Перечислим различные формы синхронизации без учета природы колебаний (т.е. генериру­ются ли они электронным устройством или живой клеткой) и природы связи (т.е. осуществляется ли она за счет механического соединения или диффузии реагентов химической реакции), т.е. оста­новимся на общих свойствах: являются ли колебания периодически­ми или нерегулярными; является ли связь взаимной или однонапра­вленной и т.д.Это не будет полной и строгой классификацией, а просто кратким обсуждением основных проблем теории синхрони­зации.

Синхронизация внешней силой

Синхронизация была открыта Гюйгенсом как побочный результат его усилий по созданию высокоточных часов. В наши дни этот эффект используется для точного и недорогого измерения времени с помощью радиоуправляемых часов. В этом случае передаваемый порадио слабый сигнал от центральных высокоточных часов ежеми­нутно подстраивает ритм других часов, темсамым захватывая.

Похожая схема синхронизации была «реализована» природой для подстройки биологических часов, которые регулируют суточные (циркадные) и сезонные ритмы живых систем, от бактерии до че­ловека.

Ансамбли осцилляторов и колебательные среды

Во многих естественных ситуациях взаимодействуют более двух объектов. Если два осциллятора способны к подстройке ритмов, то можно ожидать такой способности и от большого числа осцилляторов. Такая система называется ансамблем взаимно связанных осцилляторов. При этом можно гово­рить о глобальной (каждый с каждым) связи. Бывают и другие ситуации, когда осцилляторы упорядочены в цепочки или решет­ки, где каждый элемент взаимодействует с несколькими соседями. Такие структуры типичны для созданных человеком систем, напри­мер, для решеток лазеров, но могут также встречаться и в природе. Эксперименты показывают, что соседние осцилляторы в цепочке часто подстраивают своичастоты и формируют син­хронные кластеры.

Достаточно часто мы не можем выделить отдельный колебатель­ный элемент внутри естественного объекта. Вместо этого мы долж­ны рассматривать систему как непрерывную колебательную среду, где также возможна синхронизация.