In England ist es verboten, dass Soldaten im Gleichschritt über eine Brücke gehen. Wusstest du das? Der Grund ist, dass einmal eine Brücke, während Soldaten diese im Gleichschritt überquerten, einbrach.
Was ist da passiert? Das gleichmäßige Laufen der Soldaten hat eine Resonanz-Energie erreicht, welche eben mit der Eigenresonanz der Brücke übereinstimmte, und dann hat es gekracht. Jedes Material hat eine Eigenfrequenz und wenn diese durch eine andere gleiche Frequenz verstärkt wird, dann kommt es zu einer Synchronisation der Kräfte. Diese übersteigt dann manchmal einen kritischen Punkt und die Struktur versagt.
Das Kuramoto Model ist eine mathematische Methode, mit der sich solche Sachverhalte berechnen lassen.
Synchronisation ist ein faszinierendes Phänomen, das in vielen Bereichen der Natur und Technik beobachtet werden kann. Ein bekanntes Beispiel dafür ist die Synchronisation von Metronomen.
Um zu verstehen, warum und wie sich solche Systeme synchronisieren, werfen wir einen Blick auf einige grundlegende Prinzipien und Mechanismen, die diesem Verhalten zugrunde liegen.
Wenn ein Metronom schwingt, bewegt es auch die Plattform, auf der es steht, minimal. Diese Bewegung wird von den anderen Metronomen wahrgenommen und beeinflusst deren Schwingungsverhalten. Anfangs schwingen die Metronome möglicherweise in unregelmäßigen Rhythmen. Doch im Laufe der Zeit passen sie ihre Schwingungen aneinander an, bis sie synchron schwingen. Dieser Prozess wird durch die Kopplung und die Wechselwirkungen der Schwingungen beschleunigt.
Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Resonanz. Metronome haben eine natürliche Schwingungsfrequenz, bei der sie am effizientesten schwingen. Wenn die Metronome anfangen, sich aneinander anzupassen, tendieren sie dazu, sich auf diese natürliche Frequenz einzustimmen. Die Plattform hilft dabei, diese Anpassungen zu verstärken und zu stabilisieren. Die Plattform ist dabei der Untergrund, auf welchem die Metronome stehen. Je flexibler dieser Untergrund ist, umso schneller synchronisieren sich die Metronome. Selbst wenn die Metronome auf einer Betondecke stehen, werden sie sich synchronisieren, es dauert in diesem Fall allerdings sehr viel länger, vielleicht Wochen, Monate, Jahre oder der Effekt ist so klein, dass dieser nur theoretisch berechnet werden kann. Der Grund ist, dass die geringe Schwingungsenergie der Metronome eben auch nur eine sehr geringe Energie abgeben bzw. Beton die kleine Energie weitestgehend verschluckt.
Es gibt viele Dinge, die wir in der Realität nicht beobachten können, die aber mathematisch korrekt sein müssen.
Dieses Phänomen der Synchronisation ist nicht auf Metronome beschränkt. In der Natur finden wir ähnliche Beispiele, wie etwa das synchronisierte Blinken von Glühwürmchen oder das rhythmische Schlagen von Herzmuskelzellen. Auch technische Anwendungen wie Lasersysteme und Kommunikationsnetzwerke nutzen Synchronisationseffekte.
Vereinfach gesagt können wir das so formulieren: Alles, was sich synchronisiert ist miteinander verbunden. Diese Verbundenheit ist demnach die Ursache der Synchronisation. Auch in der menschlichen Gesellschaft gibt es viele Bereiche, wo wir Synchronisation beobachten können. Sei es eine natürliche Synchronisation, wie z.B. beim Klatschen (Applaus) im Konzert oder anderen Events oder eben der aufgezwungene Tagesablauf. Bei Letzteren zwingen wir uns selbst diese Synchronisation auf, was bei vielen Menschen zu eher ungünstigen Entwicklungen führt.
Wir können Synchronisation auch sehr gut bei Pflanzen beobachten. Gleiche Pflanzenarten schlagen im Frühjahr fast wie auf Befehl aus.
Jede natürliche Synchronisation wird durch Frequenzen ausgelöst, ohne Ausnahme.
Wenn das Leben rund läuft, sind wir gut synchronisiert. Wir haben uns gut angepasst und der Flow des Lebens passt zu unserem Takt. Wenn wir krank werden, dann ist dieser Flow gestört.