原标题：“萤火虫同步闪光”背后的奥秘被揭开
来源:西北工业大学
生物发光是自然界的奇观。唐代大诗人李白曾赋诗《咏萤火》，以“雨打灯难灭，风吹色更明。若非天上去，定作月边星。”表达对于萤火虫、自然与生命的尊敬及挚爱。
萤火虫同步发光的场景
在自然界、科技界广泛存在各种各样的同步现象，例如夜晚田间萤火虫的同步闪光，网络安全舆情信息的时空同步扩散，光电系统的智能同步控制，大脑神经网络中神经元的协同作用，智能无人系统的协同工作等。这种同步现象的内在规律能否被精准计算，进而被应用到更复杂的同步现象或同步任务中，一直是科学家们研究的热点。
脑网络同步
高压电网同步
西北工业大学李学龙教授、王震教授科研团队对这一烧脑问题开展了一系列研究，提出了系统同步统一解析框架，对不同维度的网络同步规律进行了深入研究，研究成果“Discontinuous Transitions and Rhythmic States in the D-Dimensional Kuramoto Model Induced by a Positive Feedback with the Global Order Parameter”近日发表在知名期刊《Physical Review Letters》（简称PRL）上。文章链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.194101
PRL自1958年创办至今，综合报道世界各研究小组最新且对整个科学研究领域有广泛影响的重要研究成果，在信息、物理、数学、生命等领域均有着较高的关注度。
同步现象是指相互作用的子系统、子单元之间能够克服长程、异质性等高动态复杂环境的约束，从而形成步调一致的动力学过程，同步现象的研究对维持自然系统稳定、突破卡脖子关键技术、保障人类生命健康等起到了至关重要的作用。然而，随着网络快速发展和数据海量涌现，系统内部、系统之间的同步规律变得越来越复杂化和多元化，例如奇异态、遥同步、集团同步，这对传统研究提出了新的挑战：即，是否可以提出统一的框架可对不同维度的同步规律进行精准计算和预测，并在现实工程中发挥更大作用？
在这一研究中，该团队提出了同步系统的统一解析和预测框架，该框架可适用于不同维度的网络系统，他们发现高维度耦合振子同步的一种新现象：同步相变在所有偶数维度中是爆炸式的一级相变（见图1(a)）；而在所有奇数维度中，相变过程则会经历一个时间依赖的、震荡的阶段（见图1(b)）。
这种震荡现象的出现打破了传统上认为正反馈会引起同步跳变过程，也与传统二维同步框架的结果存在显著不同，即为在二维中正反馈会引起跳变，但在三维中会引起震荡。
相关成果可应用于大规模现实网络的安全态势评估、智能光电系统寿命和时空特征的优化、无人系统智能决策的调控，对经济、社会、军事系统的稳定性和相变控制提供直接理论支持。
此外，该团队也给出了精确的数学解析，可用于对同步现象进行理论验证，这一解析框架将有助于探索高维空间中时间依赖的群体动力学新特征，并且可为未知的群体行为动态过程研究提供一个新的思路。
图1 偶数维度(a)和奇数维度(b)空间中同步率随耦合强度的变化。
本文第一作者和通讯作者均来自于我校学术特区光学影像分析与学习中心（OPTIMAL）。该工作也是该团队今年继在Proceedings of the National Academy of Sciences(PNAS)、IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence(IEEE TPAMI)等知名期刊后的系列创新成果，这些研究成果将对我校特色工程应用研究和理论原创性研究提供新的框架、参考和引擎。
