萤火虫的同步闪烁：随机中怎样涌现出秩序？(4)

20年后，Peleg 和她的博士后、物理学家 Raphaël Sarfati 有了更好的技术来收集萤火虫数据。她们设计了由两个相隔几英尺的 GoPro 相机组成的图像捕捉系统。这些相机能够拍摄360度的视频，因此他们可以从内部而非仅仅是侧面来捕获萤火虫群体的动态。计算萤火虫闪光的方式也不再是用手逐帧计算了，而是使用 Sarfati 开发的算法——通过对萤火虫闪光的三角测量来记录闪烁时间和三维空间位置。
2019年6月，Sarfati 在田纳西州首次将这一捕捉系统带入田间寻找 P. carolinus 萤火虫。在此之前，他曾想象过类似于亚洲地区萤火虫同步闪烁的密集画面，但田纳西州的场面却更加混乱，这是他第一次亲眼看到这种景象——在4秒左右的时间内有多达8次的快速闪烁，每12秒重复一次。但这种混乱是令人兴奋的。作为一名物理学家，Sarfati 认为一个具有高度涨落的系统比一个有序的系统更有信息量。他说：“这很复杂，甚至说是混乱的，但非常美丽。”
3. 随机又彼此呼应的闪烁
当 Peleg 在大学期间学习萤火虫同步时，她最初通过日本物理学家藏本由纪（Yoshiki Kuramoto）基于理论生物学家 Art Winfree 的早期工作建立的藏本模型（Kuramoto model）来理解这种现象。它是解释同步现象数学机制的鼻祖，无论是人类心脏起搏细胞群还是交变电流中的同步现象，都可以使用此模型来描述。
一般情况下，同步系统模型需要描述好两个过程。一个是孤立个体内部的动力学。即如果假设在罐子里只有一只孤独的萤火虫，它自己的生理结构和行为规则如何决定它的闪光；另一个是数学家所说的耦合，即一只萤火虫的闪光如何影响其他与之相邻萤火虫的闪光行为。有了这两个过程的巧妙组合，来自不同萤火虫的嘈杂就可以迅速调成整齐的合唱。

京都大学物理教授藏本由纪（Yoshiki Kuramoto）在20世纪70年代建立了最有名的同步模型，并在2001年共同发现了嵌合体状态（chimera state）。| 来源：Tomoaki Sukezane