节律的跨学科研究-读《同步：秩序如何从混沌中涌现》
这是一本老书了，英文版的书在2003年就有出版，但直到15年后，才由湛卢文化翻译成中文版。作者在TED上做过关于同步的演讲，有兴趣的读者可以观看。对复杂系统感兴趣的读者，强烈推荐这本书。
1）何为同步
虽然是老书，但整本书想要读者的话到如今却没有过时。同步现象的研究，确实已经有了很大进展，成为一门全新的学科，涉及到物理学、化学、量子力学、现代宇宙学甚至心理学等各方面，更有些研究成果已被应用于实际。用一句话来概述这本书，即在不断增加的无序（增熵）下，各个尺度下的不同系统都具有产生节律的可能性，同步能力不依赖于智力，生命或自然选择。即使无意识的、没有生命的事物也会自发地同步。
同步分为两种类型，一种是中心化的他组织，依靠外部指令达成同步，比如太阳对人体生理规律的影响（包括睡眠、体温、激素等）；另一种是去中心化的自组织，系统成员自发产生的有序，比如看不见的手对市场的作用、萤火虫发光同步。
书中举的一个最出人意料的同步的例子-伦敦千禧桥，这座吊桥在第一次使用时就，在扭转振荡中崩塌。造成悲剧的是走动时的微弱横向力，平常这些微弱的横向力会相互抵消，但若是每个人都同步前进，所有横向力就会累加，变得集中。而在事实中，随着大桥的摇晃，行人不自觉地调整了步伐，而这一动作加剧了振动，使得更多人失去了平衡，使得桥摆动更加剧烈。
什么是节律，书中提到的例子是数千只萤火虫在同一时间共同闪烁，数万条鱼在同一方向成群的游动，上万亿个电子在超导体中步调一致地前进，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。但生活中节律远不止这些，例如手机厂商发布新机的时间，就会集中在那么几个月；例如团队游戏中有些英雄技能适合在同一时间上放出来，有些就不行；例如在电视剧中，有的角色放在一起就合拍，有些角色就显得突兀。这背后的道理，都可以在这本书中找到答案。
2）如何研究同步
为了研究清楚这样看起来形式不同的现象，科学家要做的是忽略其所有的生化差异，而关注本质的规律。于是不管是月经周期，脉动的起搏神经元，合唱的蟋蟀还是萤火虫的闪光节律，都被当成了“振子”。而所有这些现象中共同的特征则是其中每个个体都具有发送和接收信号的能力，而这两个能力的变化贯穿于振子的整个运动周期，从而带来的节律。
下一步是将上述的概念用数学的形式描述出来，于是发送信号的能力被”影响力函数“来记录，而“灵敏度函数”将振子如何响应接收的信号进行了编码。于是描述一个振子所需要的只是这两个函数，一旦它们被选定，振子的行为就可以被确定，无论是作为信号的发送者还是接收者。
抽象之后要做的是举出具体的例子，最好是跨界的例子。书中在描述时举的例子是一名在围绕着一个圆形跑道跑步的跑者。而同步如何产生的问题就变成了两名慢跑者如何通过在跑步时彼此不间断地喊口令让他们步调一致。而影响力函数则可以看出一串规则，比如何时叫同伴快一些，何时叫同伴慢一些，而灵敏度函数则记录他的同伴在什么时候言听计从，什么时候不理不睬，什么时候反其道而行之。
将这个模型扩展到更多的个体时，就需要考虑到个体之间的差异了，在跑步的例子中就是每个人舒适的速度是多少。有了上述的三个变量，当我们需要利用当前位置来确定速度规律的时候，就会建立微分方程，从而能够在理论上根据当前来预测振子群未来的状态，从而研究是那些因素导致了振子群自发同步。
科学中一个常用的思考范式是思考极限情况，如果所有振子的灵敏度函数都太低，那系统肯定不会产生同步，若是所有人接到指令加速，就以百米冲刺的速度跑起来，那系统也无法同步，而若是没有一个人来发号施令或者所有人都想指导别人，那自然也不会出现同步。
思考极端情况的另一种方式是从个人的角度去提问，比如问当系统自发同步的时候，没有任何振子是不可缺少的。答案是同步的群体中没有领袖，任何一个振子都可以被移除而也会不影响系统的运行。
3）什么会影响同步
下一个问题是同步后的速度（频率）会是怎样的？答案是群体可以按照其成员的平均速度运行，也可以比任何成员的速度更快或更慢。这个回答之所以反直觉，是读者将个体舒服的跑速和他可能达到的跑速搞混了，可能达到的跑速在我们的模型中取决于在相对舒适跑速的差异的灵敏度函数，个体可以受到集体的影响，跑得比自己舒适的快那么一点，而若是自己加速时超过了群体时最快的初始速度，那系统就可能同步在一个比初始的最快速度还快的速度上。
群体中成员间的不同是否会怎样影响同步现象了？例如如果个体之间的差异太大，即便他们的“影响度函数”和“敏感度函数”倾向于使他们聚在一起，也是无法出现同步现象的。只有当能力间的差异小于多样性的阈值时，同步才有可能出现。从这里可以看到生物学和物理学之间的联系，同步类似于相变，就像水凝固成冰。而区别在于同步关注的是时间层面，而相变是空间上分子运动方向的一致。
回到前文提到的吊桥的例子上来，为什么这件事会是新闻，是由于这样的事情不常发生，那是什么不同因素导致了千禧桥的悲剧。答案是只有在桥梁非常长、易弯曲、非常拥挤的时候才可能发生。这说明在类似的弱耦合的系统中，群体的大小也会成为决定相变是否发生的临界点，如果人数小于阈值时，桥一点也不摇晃，要是超过了阈值后毫无征兆地剧烈摇晃。
第五个会影响群体同步的因素是不同个体之间的连接网络的结构。网络的结构总会影响其功能。假设现在跑步的说着不同语言的一群人，有的人会两种语言，有的人只会一种语言，这时要在群体上保持同步，就需要去考虑我说的跑慢点要经过几次翻译才能让身边的人听懂。假设每个人会说俩种语言，如果说不同语言的人都均匀的分布，那这群人的每条指令都要经过数百次的翻译才能传遍整个群体，但如果说同一种语言的人都聚在一起，那跑步的群体则会由于无法交流而分成很多个子群。上述的情况都无助与同步，而小世界网络则可以让全世界的人却都被非常短的关系连接，同时保有高度集群性。
4）研究同步的意义
研究同步可以解释为什么会产生，而这知识则可以用来指导干预来帮助人们恢复或促成同步的诞生。比如睡眠的节律研究清楚，可以帮助治疗失眠。比如什么东西会流行，也可以看成是同步现象，《引爆点》这本书讲的就是社会层面上的同步。而生物体的衰老也和基因间的同步减缓有关，如果能够研究清楚基因间的同步，就能找到预警疾病的临界点。而同步爆发的疫情，也会造成医疗挤兑，所以一万人在一天生病和一百天里每天一百人生病是截然不同的。
在讲述跑步的例子中，如果人群间的速度差异过大，那整个群体也会同步，只是会分成三群，一小群长跑健将，一小群懒散的散步，剩下的一大群人在中间。而这正是这些年来热议的阶级固化。曾经网上流传着一个名为”这届年轻人要做好过苦日子的准备“，文中列举了所谓的消费降级的例子，还引用了人民日报的话，说物质充沛的时代要结束了。在我看来，物质的充沛其实来源于同步的产生。若非不同地区的人一同种植，运输，加工，自助餐的丰盛也不会出现。但正是这样的同步，造成了疫情的大爆发。
要准备过苦日子，究竟是由于阶级固化加深，从而社会间同步消失导致的生产力降低种下的果。而若是能通过苦日子让各阶层再一次步调接近，那也是接下来一轮繁荣的根。保持同步也不时刻都是好事，中风是神经元间不经意的同步造成的，而对于那些习惯了赚快钱的人，同步的正反馈则同样会让人在未来失去行动的能力。像自助餐这样同时吃下很多的暴饮暴食，也不利于身体的健康。
总结一下，《同步：秩序如何从混乱中诞生》这本书从同步现象的如何产生介绍了混沌理论与复杂性科学，本文中描述的模型仅仅是书中精华的一小部分，书中讲述了如何用更简洁的模型来描述系统间同步的产生，讲述了作者个人的故事，讲述了不同学科间是如何连接起来的。
更多阅读