「螢火蟲同步閃光」背後奧秘？陝西科學家有突破

深究「螢火蟲同步閃光」背後的奧秘 陝西科學家成果在國際頂級期刊發表

夏日原野上，不計其數的螢火蟲為什麼能做到明滅一致的閃爍，這種同步現象的內在規律能否被精準計算，進而被應用到人類社會更複雜的同步現象或同步任務中。近日，陝西兩位青年科學家對這一燒腦問題的研究成果被發表在國際頂級期刊《Physical Review Letters》（簡稱PRL）。

（a）

(b)

(c）

圖1：(a)螢火蟲同步發光的場景；(b)高壓電網同步；(c)腦網絡同步。

在自然界、科技界廣泛存在各種各樣的同步現象，例如夜晚田間螢火蟲的同步閃光，網絡安全輿情信息的時空同步擴散，光電系統的智能同步控制，大腦神經網絡中神經元的協同作用，智能無人系統的協同工作等。（見圖1）

同步現象是指相互關聯的子系統、子單元之間能夠克服高動態複雜環境的約束，從而形成步調一致的動力學過程，同步現象的研究對維持自然系統穩定、突破卡脖子關鍵技術、保障人類生命健康等有著至關重要的作用。

隨著網絡快速發展和數據海量湧現，人類社會各種系統內部、系統之間的同步規律變得越來越複雜化和多元化，這對傳統研究提出了新的挑戰，「是否可以提出統一的框架，實現對不同維度的同步規律的精準計算和預測，並在現實工程中發揮更大作用？」

針對這一挑戰，來自陝西省青年科技工作者協會的西北工業大學李學龍教授、王震教授提出了系統同步統一解析框架，對不同維度的網絡同步規律進行了深入研究，研究成果近日發表在國際頂級科學期刊《Physical Review Letters》（簡稱PRL）上。（文章連結：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.194101）PRL自1958年創辦至今，綜合報導了世界各研究小組最新且對整個科學研究領域有廣泛影響的重要研究成果，在信息、物理、數學、生命等領域有很高的關注度。

圖2：偶數維度(a)和奇數維度(b)空間中同步率隨耦合強度的變化。

研究團隊發現了高維度條件下實現同步過程中的震蕩現象，這種震蕩現象的出現打破了傳統認知，也與傳統二維同步框架的結果顯著不同，可應用於大規模現實網絡的安全態勢評估、智能光電系統壽命和時空特徵的優化、無人系統智能決策的調控，對經濟、社會、軍事系統的穩定性和相變控制提供直接支持。（見圖2）

研究團隊也對新發現給出了精確的數學解析，這一解析框架將有助於探索高維空間中時間依賴的群體動力學新特徵，並且這一新發現可為未知的群體行為動態過程研究提供了新思路。

這個工作的第一作者和通訊作者都來自西北工業大學學術特區光學影像分析與學習中心，是該校自2002年以來的第一篇第一作者和通訊作者均來自本校的PRL。該團隊今年已在《PNAS》、《IEEE TPAMI》等國際頂級期刊發表系列創新成果，這些研究成果將為西北工業大學的工程應用研究、理論原創性研究提供新的框架、參考和引擎。