Metronomer marsjerer bare halvt i takt i nytt eksperiment

Når man setter i gang metronomer på en gynge, organiserer de seg selv slik at de begynner å svinge i takt. Men et eksperiment viser at taktmålerne også kan dele seg i grupper, slik at bare halvparten av dem finner takten.

Published
En metronom kalles også ofte taktmåler eller tempomåler, og brukes til å angi tempo som et musikkstykke skal spilles i. (Foto: Colourbox)
En metronom kalles også ofte taktmåler eller tempomåler, og brukes til å angi tempo som et musikkstykke skal spilles i. (Foto: Colourbox)

Forestillingen er slutt, og applausen braker løs. Etter få sekunder klapper alle i takt.

Det er ikke bare mennesker som spontant finner takten. I naturen finnes det mange eksempler på fenomenet. I hjertet må cellene holde takten, og i tropene kan du se svermer av ildfluer som blinker i takt.

Hvis du setter gang i et antall taktmålere - metronomer - som står på et fast underlag, vil de naturligvis ikke begynne å gå i takt. Men det vil de gjøre hvis du stiller dem på en plate som kan bevege seg fram og tilbake.

– Metronomene blir vugget inn i en synkron rytme, forteller Erik Andreas Martens, som er postdoktor på Danmarks Tekniske Universitet. Han har vært med på å utføre et eksperiment som viser en helt ny side av synkroniseringsfenomenet.

Forskerne utstyrte hver metronom med en flekk som var selvlysende i ultrafiolett lys. På den måten var det lett å se om metronomene svingte i takt eller ikke.

Både i takt og utakt

Det er ikke nødvendigvis et enten-eller for metronomene. De kan være i takt eller i utakt – og det finnes en tredje mulighet. Systemet kan ende med å ha en synkronisert del og en asynkron del – en såkalt kimære-tilstand.

Det har matematikerne visst lenge, men det er først nå fenomenet er blitt demonstrert i praksis, på Max Planck-instituttet for dynamikk og selvorganisering i Tyskland.

– Vi har satt metronomer på to gynger som er forbundet med fjær som kobler sammen de to systemene. På den måten får vi kimære-tilstanden, sier Erik Andreas Martens.

30 metronomer settes i sving

Slik så oppsettet av metronomer ut. Metronomene kom bare i takt på den ene siden. (Foto: Erik Andreas Martens)
Slik så oppsettet av metronomer ut. Metronomene kom bare i takt på den ene siden. (Foto: Erik Andreas Martens)

På den ene gyngen begynner alle 15 metronomer raskt å svinge i takt, men det skjer ikke på den andre.

Man har aldri tidligere observert at sammenkoblede, identiske enheter kan organisere seg i en ordnet og en uordnet del. Eksperimentet er beskrevet i en vitenskapelig artikkel i tidsskriftet PNAS.

Spørsmålet er nå hva resultatet kan brukes til.

– Vi har bare brukt vekter, fjær og pendler, altså svært elementære byggedeler. Og de har analoger i elektroniske og kjemiske nettverk. Så disse kimære-tilstandene burde kunne oppstå i disse systemene også, sier Erik Andreas Martens.

Matematikken har kommet ned på jorden

Han nevner vekselstrømmen i strømnettet som et eksempel på at det er viktig at ting svinger i takt. En plutselig utakt i strømnettet kan medføre strømbrudd, så systemet må være motstandsdyktig overfor kimæretilstander.

– Man kan også forestille seg andre teknologiske bruksområder, men det er fortsatt ikke helt klart hva forskningen vår kan føre til. Det vil framtiden vise. Men nå har vi i hvert fall tatt de abstrakte matematiske modellene og knyttet dem til den virkelige verden ved å utføre et eksperiment.

Denne videoen har ingenting med det omtalte forsøket å gjøre, men forestiller 32 metronomer som begynner å svinge i takt. (Video: IkeguchiLab)

© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no.