Steven Strogatz fala sobre sincronização

Eu estava tentando pensar sobre como sincronização ("sinc") está conectada à felicidade, e me ocorreu (a idéia) que por alguma razão, nós sentimos prazer em sincronizar. Nós gostamos de dançar juntos, cantar juntos. E, se vocês concordarem, eu gostaria de contar com a ajuda de vocês, para um primeiro experimento. Este experimento é-- eu noto, a propósito, que quando vocês aplaudiram, vocês o fizeram de uma forma tipicamente americana, ou seja, barulhenta e incoerente. Vocês não se organizaram. Não passou pela cabeça de vocês aplaudir em uníssono. Vocês acham que o conseguem? Eu gostaria de ver se esta audiência poderia- -não, vocês não praticaram, tanto quanto eu sei- vocês poderiam aplaudir em sinc?

(aplausos)

Uau! Isto é o que eu chamo de comportamento emergente!

(risos)

Eu não esperava por isto- quer dizer, eu esperava que vocês conseguiriam sincronizar. Mas não me ocorreu que vocês aumentariam a frequência. É interessante.

(risos)

Portanto, o que nós concluímos disto? Primeiramente, nós sabemos que vocês todos são brilhantes. Este auditório está cheio de pessoas inteligentes, altamente sensíveis. Há alguns músicos aqui. Foi isto que os habilitou a sincronizar? Para colocar a questão um pouco mais seriamente, vamos nos perguntar quais são os requerimentos mínimos para o que vocês acabam de fazer, para sincronização espontânea. Vocês precisam, por exemplo, de ser espertos como vocês são? Vocês precisam mesmo de um cérebro, para simplesmente sincronizar? Vocês precisam estar vivos? Quero dizer, esta é uma idéia estranha, não? Objetos inanimados que podem espontaneamente sincronizar a si mesmos. É real. Na verdade, vou tentar explicar hoje que a sinc é talvez uma das, se não for A mais, força ubíqua em toda a natureza. Ele estende-se da escala subatômica até os confins mais extremos do cosmos. É uma tendência profunda em direção à ordem na natureza, que se opõe a tudo que nos ensinaram sobre entropia. Quero dizer, não estou sugerindo que a lei da entropia está errada- ela não está. Mas há uma força de contrapartida no universo- - uma tendência em direção a ordem espontânea. E este é o nosso tema.

Agora, para entrar neste assunto, começarei com o que deve ter ocorrido imediatamente à vocês, quando ouviram que nós falaríamos sobre sincronismo na natureza, que é o glorioso exemplo de um bando de pássaros que voam juntos, ou peixes nadando em cardumes organizados. Estas criaturas não são particularmente inteligentes, no entanto, como vamos ver, elas exibem balés lindos. Isto é de um show da BBC, chamado "Predadores", e o que nós estamos vendo são exemplos de sincronismo que tem a ver com defesa. Quando você é pequeno e vulnerável, como estas andorinhas, ou como os peixes, ajuda estar em bando para evitar predadores, para confundir predadores. Deixem-me ficar em silêncio por um segundo, pois isto é tão belo. Por muito tempo os cientistas ficaram perplexos com este comportamento, pensando em como isto era possível. Nós estamos tão acostumados com coreografia dando origem ao sincronismo. Estas criaturas não são coreografadas (por algo externo). Elas estão criando sua própria coreografia.

E apenas recentemente a ciência começou a entender como isto funciona. Vou mostrar a vocês um modelo criado num computador, por Ian Kuzan, um pesquisador de Oxford, que mostra como estas ondas (nos grupos de animais) funcionam. Existem apenas 3 regras simples. Primeiro, os indivíduos percebem apenas os seus vizinhos mais próximos. Segundo, todos os indivíduos tem uma tendência a se alinhar. Terceiro, eles são atraídos um ao outro, mas eles tentam manter uma pequena distância entre eles. E quando você incorpora estas 3 regras, automaticamente você começa a ver estas ondas que se parecem muito com os cardumes e os bandos de pássaros. Agora, peixes gostam de ficar bem juntos, a cerca de um corpo de distância. Aves tendem a ficar a 3 a 4 corpos de distância. Mas excetuando-se estas diferenças, as regras são as mesmas para ambos.

Tudo isto muda quando um predador entra em cena. Há uma quarta regra: quando um predador se aproxima, saia do caminho. Aqui no modelo vocês podem ver um predador atacando. As presas se movem evitando-o, em direções aleatórias, e aí a regra da atração os traz de volta, para ficar juntos; portanto há este constante separar e se juntar novamente. E vocês vêem isto na natureza. Percebam que, apesar de cada indivíduo parecer estar cooperando, o que realmente ocorre é uma espécie de comportamento Darwiniano egoísta. Cada um esta se separando de forma aleatória, para tentar salvar suas escamas ou penas. Ou seja, motivados pelo desejo de se salvar, cada criatura está seguindo estas regras, e isto leva a algo que é seguro para todos eles. Mesmo que pareça que elas estão agindo como um grupo, elas não estão. Vocês podem se perguntar qual é a vantagem de estar num grupo de animais, e vocês podem pensar em várias.

Como eu disse, se você é parte de um bando, sua chance de ser o azarado são reduzidas, comparado com um grupo menor. Há vários olhos para ver o perigo, e vocês verão no exemplo com as andorinhas, com as aves, quando este falcão peregrino está prestes a atacá-las, há estas ondas de pânico que se propagam, enviando mensagens a grandes distâncias. Vocês vêem- vamos ver, acho que aparece no fim- talvez não. A informação pode ser enviada a um kilometro de distância, em um tempo muito curto, através deste mecanismo. Sim, esta acontecendo agora. Vejam se vocês conseguem ver estas ondas se propagando através do bando. É lindo. As aves são, nós achamos, ou pensamos, a partir daquele modelo de computador, sabemos o que se passa. E como eu disse, são apenas 3 regras simples, mais aquela sobre ter atenção aos predadores.

Não parece haver nada místico a respeito disto. Nós não entendemos realmente, no entanto, a nível matemático. Eu sou matemático. Nós gostaríamos de ser capazes de entender isto melhor. Quero dizer, eu mostrei um modelo de computador, mas isto não é entender. Um computador é, de certa forma, apenas outro experimento. Nós realmente gostaríamos de ter um entendimento mais profundo sobre como isto funciona. E entender exatamente de onde esta organização se origina. Como regras dão origem a estes padrões?

Há um caso que começamos a entender melhor, o caso dos vagalumes. Vocês vêem vagalumes na América do Norte, e como muitas coisas norte-americanas, eles tendem a ser operadores independentes. Eles ignoram um ao outro. Cada um faz suas próprias coisas, piscando e apagando, sem prestar atenção aos seus vizinhos. Mas na Ásia do sudoeste, em lugares como a Tailândia, Malásia ou Bornéo, eles tem um comportamento cooperativo lindo, que ocorre entre os vagalumes machos. Vocês podem vê-lo todas as noites, nas margens dos rios, As árvores, árvores ribeirinhas, estão cheias de vagalumes comunicando-se com luzes. Especificamente, são os vagalumes machos piscando juntos em perfeita sintonia, em perfeito sincronismo, para reforçar a mensagem dirigida às fêmeas. E a mensagem como vocês podem imaginar, é "por favor venha aqui acasalar comigo".

(música)

Em um segundo, eu mostrarei a vocês o movimento de um vagalume em câmera lenta, para vocês poderem perceber. Isto é um único fotograma. E aí, liga e desliga - um trigésimo de segundo, aqui. E agora vejam esta margem de rio, e quão precisa é a sincronia. Liga, liga de novo, e desliga. A luz combinada deste besourinhos- eles são na verdade pequenos besouros- é tão brilhante que os pescadores que estão longe no mar podem usá-la como faróis para orientar a navegação de volta às suas casas nas margens dos rios. É surpreendente. Por um longo tempo não se acreditou, quuando os primeiros navegadores ocidentais, como Sir Francis Drake, foram à Tailândia e voltaram com estas histórias sobre este espetáculo incrível. Ninguém acreditou neles. Nós não vemos nada parecido com isto na Europa ou no ocidente. E por muito tempo, mesmo após isto ser documentado, pensou-se que era uma espécie de ilusão ótica. Artigos científicos foram publicados dizendo que era devido a um tremor das pálpebras. Isto explicava o observado ou, vocês sabem, a tendência humana de ver padrões onde não há nenhum padrão. Mas eu espero que vocês tenham se convencido, com este vídeo noturno, que os vagalumes estavam de fato muito bem sincronizados.

Ok, a questão agora é, precisamos estar vivos para ver este tipo de comportamento espontâneo? Eu já dei uma dica de que a resposta é "não". Bem, não precisam ser criaturas inteiras. Basta ser uma simples célula. Por exemplo, as células marca-passo do seu coração, agora mesmo, estão mantendo vocês vivos. cada batida do seu coração depende desta região crucial, o nódulo sino-atrial, a qual tem cerca de 10 000 células independentes, e cada uma se ativa, e tem um ritmo elétrico- uma voltagem que aumenta e diminui- para enviar um sinal aos ventrículos, fazendo-os bombearem (o sangue). Agora, o seu marca-passo não é uma célula única. É uma democracia de 10 000 células que precisam disparar em uníssono para que o marca-passo funcione corretamente.

Eu não quero dar a voces a idéia de que sincronismo é sempre uma boa idéia. Se vocês tem epilepsia, há um evento em que bilhões de células cerebrais, ou pelo menos milhões, descarregam (energia), como em um concerto musical patológico. Portanto esta tendência ao sincronismo nem sempre é uma coisa boa. Vocês não precisam estar vivos. Vocês não precisam nem de ser uma célula única. Se vocês olharem, por exemplo, como os lasers funcionam, este é um caso de sincronismo atômico. Num laser, o que faz a luz do laser ser tão diferente da luz acima da minha cabeça aqui, é que a luz aqui é incoerente- há várias cores e frequências diferentes, parecido com a maneira como vocês inicialmente aplaudiram- mas se vocês fossem um laser, seria um aplauso rítmico. Seria todos os átomos pulsando em uníssono, emitindo luz de uma cor, uma frequência.

Agora vem a parte muito arriscada de minha conferência, que é demonstrar que coisas inanimadas podem sincronizar. Segurem sua respiração para mim. O que eu tenho aqui são duas garrafas d'água vazias. Isto não é o Keith Barry fazendo mágica. isto é só um cara brincando com umas garrafas d'água. Eu tenho uns metrônomos aqui. Vocês conseguem ouvir isto? Tudo bem então; eu tenho um metrônomo, e é o menor metrônomo do mundo, o - bom, eu não devo fazer propaganda. De qualquer forma, este é o menor metrônomo do mundo. Eu o programei para sua frequência mais rápida, e agora vou pegar um outro conjunto igual, e fazer a mesma coisa. Vocês podem tentar isto primeiro. Se eu somente os colocar na mesa juntos, não há razão para que eles sincronizem, e eles provavelmente não o farão.

Melhor que vocês os escutem. Eu vou me afastar um pouco. O que eu espero é que eles se separem pouco a pouco (o ruído) porque suas frequências não são exatamente a mesma. Certo? Eles se separaram. Eles estavam em sinc por um momento, e então se separaram. E a razão disto é que eles não podiam se comunicar. Agora, vocês podem pensar que esta idéia é bizarra. Como podem metrônomos comunicar-se? Bom, eles podem se comunicar através de forças mecânicas. Portanto eu vou dar uma chance à eles de fazer isto. Eu também quero salientar um pouco isto. Como eles podem se comunicar? Eu vou colocá-los em uma plataforma móvel, que é o "Guia para estudos de graduação em Cornell" (um livro). OK? Portanto aqui está. Vamos ver se nós conseguimos fazer isto funcionar. Minha esposa disse que funcionaria melhor se eu os colocasse ao mesmo tempo na plataforma, porque senão a coisa toda pode se desmontar. Certo. Aqui vamos nós. Vamos ver. OK, eu não estou tentando enganar- deixem-me começar fora de sinc. Não, é mesmo dificil fazer isto.

(aplauso)

Certo. Antes que algum saia de sinc, eu vou colocá-los aqui.

(risos) Agora, isto pode parecer um capricho do acaso, mas a ubiquidade desta tendência à ordem espontânea algumas vezes tem consequências inesperadas. E um caso claro disto é algo que aconteceu em Londres no ano 2000. A Ponte do Milênio deveria ser o orgulho de Londres, uma bela ponte nova, erigida entre as margens do rio Tâmisa. A primeira nova ponte em 100 anos, em Londres. Houve uma grande competição para o desenho desta ponte, e a proposta vencedora foi apresentada por um time fora do usual- no espírito TED, realmente- por parte de um arquiteto- talvez o maior arquiteto do Reino Unido, o Lord Norman Foster- que trabalhou com um artista, um escultor, o Sir Anthony Caro, e uma firma de engenharia, Ove Arup. E juntos eles submeteram o desenho baseado na visão do Lord Foster, a qual foi- ele se lembrava de quando criança ler os quadrinhos do Flash Gordon, e ele disse que quando o Flash Gordon chegava num abismo, ele disparava o que hoje em dia seria uma espécie de sabre de luz.

Ele disparava este sabre de luz através do abismo, fazendo uma lamina de luz, e aí corria através desta lamina de luz. Ele disse, "esta é a visão que eu quero dar a Londres". Eu quero uma lamina de luz atravessando o Tâmisa. E portanto eles construíram a lamina de luz; e esta é uma fita muito fina de aço - provavelmente a mais fina e chata ponte suspensa que existe, com cabos que saem das laterais. Vocês estão acostumados com pontes suspensas que tem grandes cabos caindo a partir do topo. Estes cabos estava nas laterais da ponte, como se vocês pegassem elásticos e os esticassem bem através do Tâmisa- isto era o que segurava esta ponte. Agora, todo mundo estava excitado para usa-la. No dia de abertura, milhares de londrinos vieram, e algo aconteceu. E em 2 dias a ponte foi fechada ao público. Eu quero primeiramente mostrar a vocês umas entrevistas com pessoas que estava sobre a ponte, no dia de abertura, e que descreverão o que aconteceu.

Homem: Ela realmente começou a se mover lateralmente, e ligeiramente para cima e para baixo, bastante parecido com estar num barco.

Mulher: Sim, ela dava a sensação de instabilidade, e estava ventando muito, e eu lembro que havia muitas bandeiras movendo-se para cima e para baixo e para os lados, portanto a gente podia definitivamente- -havia algo movendo-se lateralmente, podia-se sentir.

Entrevistador: Não era para cima e para baixo? Menino: Não.

Entrevistador: E não era para frente e para trás? Menino: Não.

Entrevistador: Somente para os lados. E quanto você acha que se movia?

Menino: Um tanto assim-

Entrevistador: Quero dizer, um tanto assim, ou assim?

Menino: como a segunda distância.

Entrevistador: Tanto assim? Menino: Sim.

Homem: Eu penso que era ao menos seis, seis a oito polegadas (16 a 20 cm)

Entrevistador: Certo, então ao menos um tanto assim? Homem: Ah, sim.

Mulher: Eu lembro que queria sair dali.

Entrevistador: Você queria? Mulher: Sim. Parecia estranho.

Entrevistador: Então era o suficiente para assustar? Mulher: Sim, mas achei que era só eu.

Entrevistador: Ah! Agora me diga porque você tinha que fazer isto.

Menino: Eu tinha que fazer isto porque eu precisava manter o equilíbrio, se você não fizesse isto se desequilibrava, e simplesmente caia, tipo, caia para a direita ou esquerda, num angulo de 45 graus. Entrevistador: Mostre-me somo você anda normalmente. Certo. E agora me mostre como foi quando a ponte começou a se mexer. Certo. Portanto você precisou de deliberadamente movimentar seus pés para os lados e- -ah, com passinhos curtos?

Homem: Isto mesmo. E me pareceu óbvio que era provavelmente o número de pessoas sobre a ponte.

Entrevistador: Eles estava deliberadamente acertando o passo, ou algo similar?

Homem: Não, eles apenas tinham que se adaptar ao movimento da ponte.

Steven Strogatz volta: Ok, isto dá à vocês uma dica do quê ocorreu. Pensem na ponte como sendo similar a esta plataforma. Pensem nas pessoas como metrônomos. Vocês podem não estar habituados a pensar em vocês mesmos como metrônomos, mas afinal, nós caminhamos mesmo como - quero dizer, nós oscilamos para frente e para trás, quando caminhamos. E especialmente se começarmos a caminhar como estas pessoas, certo? Todos eles mostraram este tipo de marcha estranha que eles adotaram quando a ponte começou a se mover. E agora deixem-me mostrar um filme da ponte. Mas também, após ver a ponte no dia de abertura, vocês verão um vídeo-clip interessante, do trabalho feito por um engenheiro de Cambridge, chamado Allan McRobbie, que entendeu o que se passou na ponte, e construiu um simulador de ponte para explicar exatamente qual foi o problema. Foi uma espécie de feedback positivo não intencional entre a maneira como as pessoas caminharam naquele dia, e a maneira como a ponte começou a se mover, e algo sobre o qual os engenheiro não sabiam nada. Na verdade, acho que a primeira pessoa que vocês verão é o jovem engenheiro encarregado deste projeto. OK.

(vídeo) Entrevistador: alguém se machucou? Engenheiro: não.

-Entrevistador: Certo.Portanto foi um efeito pequeno.-Engenheiro: Sim. -Entrevistador: Mas bem real?

-Engenheiro: Certamente. -Entrevistador: você pensou, "que chateação".

-Engenheiro: Eu me senti desapontado em relação ao problema.

Nós passamos muito tempo desenhando esta ponte, nós a analisamos, nós a checamos em relação a regulamentação - e a cargas superiores às da regulamentação - e lá estava ela fazendo algo sobre o qual nós não sabíamos nada. -Entrevistador: Você näo esperava. -Engenheiro: Exatamente.

Narrador: "O filme mais dramático e chocante mostra toda uma secção da multidão - centenas de pessoas- aparentemente se balançando de um lado para o outro em uníssono, não somente uns com os outros, mas com a ponte também. Este movimento sincronizado parece estar comandando a ponte. Mas como pode a multidão se sincronizar? Havia algo especial, na ponte do Milênio, que causou este efeito? Este será o foco da investigação."

Entrevistador: bom, finalmente o simulador da ponte esta pronto, e eu posso fazê-lo balançar. Agora, Allan, isto é tudo culpa sua, não é? Allan McRobbie: sim.

Entrevistador: Você desenhou isto, sim, esta ponte simulada, e isto, você supõe, mimetiza a ação na ponte de verdade?

AM: Sim, isto captura boa parte da física (do problema).

Entrevistador: Certo. Se nós subirmos nela, seremos capazes de fazê-la balançar, não é?

Allan McRobbie é um engenheiro de pontes, de Cambridge, que me escreveu sugerindo que um simulador da ponte deveria balançar da mesma maneira que a ponte de verdade- se nós a pendurássemos em pêndulos que tivessem exatamente o comprimento correto.

AM: Esta aqui tem só umas 2 toneladas, portanto é bem fácil de faze-la começar a se mexer. Basta caminhar. -Entrevistador: Certamente está começando agora.

AM: Não precisa de ser um balanço forte. Basta caminhar. Ela começa a mexer.

Entrevistador: É bem difícil caminhar, na verdade. Você precisa cuidar onde põe seus pés, não é? Porque se você pisa errado, ela te joga fora de equilíbrio.

AM: Certamente ela afeta a maneira de caminhar, sim. Você não consegue caminhar normalmente sobre ela.

Entrevistador: Não. Se você tenta colocar um pé em frente ao outro, ela mexe seus pés, embaixo de você. AM: sim.

Entrevistador: Portanto você precisa movimentar seus pés para os lados. O simulador já esta me fazendo caminhar exatamente da maneira que nossas testemunhas, sobre a ponte real.

AM: ... andar como se patinasse no gelo. Não há toda esta forma de caminhar serpenteando.

Entrevistador: para um experimento mais convincente, Eu queria minha própria multidão de dia de abertura, o time do som. As instruções para eles são: caminhem normalmente. É realmente curioso, pois nenhuma destas pessoas está tentando provocar o movimento. Todos eles estão tendo alguma dificuldade para caminhar. E a única maneira de caminhar confortavelmente é acertar o passo. Mas é claro, todos estão provocando o movimento (involuntariamente). Você não consegue evitar. Você é forçado pelo movimento da ponte a acertar o passo, e com isto você a faz mexer-se mais ainda.

Certo. Bem, com esta do do Ministério das Bobagens para Caminhar, é melhor que eu termine agora. Vejo que passei do tempo. Mas eu espero que vocês sairão daqui e verão o mundo de uma nova forma; verão todo maravilhoso sincronismo em torno de nós. Obrigado.

(Aplauso)