西北大學科學家為多樣性的重要性增加了一個新維度：物理學家首次通過實驗證明，只有當系統中的實體彼此不同時，某些具有互動實體的系統才能同步。這一發現為之前的理解提供了一個新轉折，即，即使個別昆蟲或細胞不同，自然界中發現的集體行為也會出現（例如螢火蟲一致閃爍或起搏器細胞共同工作以產生心跳），領導這項研究的。西北大學溫伯格藝術與科學學院的物理學教授莫特說：

相同的實體自然表現相同，直到它們開始相互作用當相同的實體相互作用時，它們的行為往往不同，但我們確定的情況是，如果你讓這些實體彼此適當地不同，它們的行為就會再次相同。這一發現可以幫助研究人員優化人造系統，如電網，在電網中，許多部件在相互作用的同時必須保持同步。它還有可能為人類群體（如陪審團）如何協調達成共識提供資訊。

這項研究將於2020年1月20日發表在《自然物理學》期刊上。莫特與西北大學的西川隆和現任聖母大學的前西北大學博士後研究員費倫茨·莫爾納共同撰寫了這篇研究論文。這項研究工作是對西川和莫特2016年研究的擴充套件，後者從理論上預測了這一現象。溫伯格物理學研究教授西川說：有趣的是，系統需要是不對稱的才能表現出行為對稱性。這在數學上是了不起的，更不用說物理上了。

所以，許多人認為通過實驗證明這種效應是不可能的。研究人員通過使用三臺相同的發電機，使這一看似不可能的事情成為可能。每臺發電機的振盪頻率正好是每秒100周，當分開時，相同的發電機行為相同。當它們連線成一個三角形時，它們的頻率就會發散，但只是在發電機完全不匹配時才會有不同的能量消耗。在這一點上，它們再次同步。這可以通過在每對發電機之間放置一盞小燈來實現，當發電機相同時，燈會閃爍，這意味著發電機不同步。

但當發電機的耗散調整到不同水平時，閃爍就會停止，這表明發電機電壓正在同步振盪。研究人員將這種現象稱為“逆向對稱破缺”，因為它代表了與之前已知對稱破缺現象相反的現象，而對稱破缺現象是超導、希格斯機制甚至斑馬條紋出現的基礎。在對稱破缺中，動力學方程具有在系統行為中沒有觀察到的對稱性，而反向對稱破缺涉及只有在動力學方程中避免了該對稱性時，系統行為才具有給定的對稱性情況。

這似乎有違直覺，但理論預測，這在許多系統中都是正確的，而不僅僅是機電系統。研究團隊計劃探索其發現對社會、技術和生物系統的影響。特別值得一提的是，該團隊正在積極設計一種更穩定的電網，同時允許納入越來越多來自可再生能源的能源。

參考期刊《自然物理學》

DOI: 10.1038/s41567-019-0742-y