萤火虫同步发光基理的数学模型解释-[转载]

来源:百度文库 编辑:神马文学网 时间:2024/04/29 01:54:29
[转载]萤火虫同步发光基理的数学模型解释

http://www.math123.cn/sxyy/814.htm

自然界最为壮观的景象之一是发生在东南亚。在那里,一大批萤火虫同步闪光。1935年,在”科学”杂志上发表了一篇题为”萤火虫的同步闪光”的论文。在这篇论文中,美国生物学家史密斯对这一现象作了生动的描述:“想象一下,一棵10米至12米高的树,每一片树叶上都有一个萤火虫,所有的萤火虫大约都以每2秒3次的频率同步闪光,这棵树在两次闪光之间漆黑一片。 
  
    想象一下,在160米的河岸两旁是不间断的芒果树,每一片树叶上的萤火虫,以及树列两端之间所有树上的萤火虫完全一致同步闪光。如果一个人有足够丰富的想象力的话,那么他就会对这一惊人奇观产生某种想法。” 

    这种闪光为什么会同步? 

    1990年,米洛罗和施特盖茨借助数学模型给了一个解释。在这种模型中,每个萤火虫都和其他萤火虫相互作用。建模的主要思想是,把诸多昆虫模拟成一群彼此靠视觉信号耦合的振荡器。每个萤火虫用来产生闪光的化学循环被表示成一个振荡器,萤火虫整体则表示成此种振荡器的网络—每个振荡器以完全相同的方式影响其他振荡器。这些振荡器是脉冲式耦合,即,振荡器仅在产生闪光一瞬间对邻近振荡器施加影响。米洛罗和施特盖茨证明了,不管初始条件如何,所有振荡器最终都会变得同步。这个证明的基础是吸附概念。吸附使两个不同的振荡器“互锁”,并保持同相。由于耦合完全对称,一旦一群振荡器互锁,就不能解锁。

数学家也在研究“蝉或知了叫声为什么总是一致的?”什么原因呢? 

    大家都听到过蝉鸣或知了叫,但是你注意过在自然界里有这样一个奇妙的现象吗?那就是,不管有多少蝉或知了,也不管有多少树,它们的鸣声总是一致的。这是为什么?谁在指挥着它们合唱呢

ps 07年刘宗华教授 给出了更详细的解释

 Collective signaling behavior in a networked-oscil

liuzonghua-200711-16Collective signaling behavior in a networked-oscillator model

感兴趣者 可参考 他的著作《复杂系统与复杂网络》9.2两态小动物群体网络

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