“萤火虫同步闪光”背后的奥秘被揭开

科技日报记者 史俊斌  通讯员 戴乡锋 刘元山

生物发光是自然界的奇观。唐代大诗人李白曾赋诗《咏萤火》，以“雨打灯难灭，风吹色更明。若非天上去，定作月边星。”优美诗句对萤火虫舒展情怀并表达严重关切。

夏日原野上，不计其数的萤火虫为什么能做到明灭一致的闪烁，这种同步现象的内在规律能否被精准计算，进而被应用到人类社会更复杂的同步现象或同步任务中。地处陕西西安的西北工业大学李学龙教授、王震教授科研团队对这一烧脑问题的研究成果近日在国际顶级期刊《物理评论快报（Physical Review Letters）》发表。

在自然界、科技界广泛存在各种各样的同步现象，例如夜晚田间萤火虫的同步闪光，网络安全舆情信息的时空同步扩散，光电系统的智能同步控制，大脑神经网络中神经元的协同作用，智能无人系统的协同工作等。（见图1）

同步现象是指相互关联的子系统、子单元之间能够克服高动态复杂环境的约束，从而形成步调一致的动力学过程，同步现象的研究对维持自然系统稳定、突破卡脖子关键技术、保障人类生命健康等有着至关重要的作用。

随着网络快速发展和数据海量涌现，人类社会各种系统内部、系统之间的同步规律变得越来越复杂化和多元化，这对传统研究提出了新的挑战，“是否可以提出统一的框架，实现对不同维度的同步规律的精准计算和预测，并在现实工程中发挥更大作用？”

李学龙教授、王震教授团队针对这一挑战，提出了系统同步统一解析框架，对不同维度的网络同步规律进行了深入研究，备受业界广泛关注。研究团队发现了高维度条件下实现同步过程中的震荡现象，这种震荡现象的出现打破了传统认知，也与传统二维同步框架的结果显著不同，可应用于大规模现实网络的安全态势评估、智能光电系统寿命和时空特征的优化、无人系统智能决策的调控，对经济、社会、军事系统的稳定性和相变控制提供直接支持。（见图2）

该研究团队同时对这一新发现给出了精确的数学解析，这一解析框架将有助于探索高维空间中时间依赖的群体动力学新特征，并且这一新发现可为未知的群体行为动态过程研究提供了新思路。