《15歲,成為國寶級天才科學家》第619章 星球改造(2)

作者:制式希余·2小時前

分形維數重合意味著空間結構可以統一,但是時間節律的耦合還是分離的。

植物的光合作用有晝夜節律,微生物的代謝有丰度波動,動物的繁殖有季節性脈衝,這三者的時間尺度完全不同,強行對齊的話,整個系統就會變得很脆弱。

肖宿把筆擱下,靠在椅背上閉了閉眼。

時間節律的對齊問題,他之前在地球生態系統的研究裡也見過,通常的解法是用外部環境訊號來強制同步,比如光照週期或者溫度迴圈。

但是月球的晝夜週期是地球的二十七倍,如果按照月球的自轉週期來設計系統的節律,植物和微生物的代謝週期會被拉得很長,效率會大幅下降。

如果按照地球的二十四小時週期來設計,又需要額外輸入能量來模擬地球的光照條件,系統的自持性就會打折扣。

這也不行,那也不行。

肖宿睜開眼,左手托腮,皺眉看向螢幕上的方程。

忽然,他腦子裡閃過一個念頭。

既然地球二十四小時和月球二十七天的週期都不合適,那為什麼不重新定義一個屬於這個生態系統自己的時間基準呢?

這個基準不需要是地球的,也不需要是月球的,它可以是兩者之間的某個中間值,由系統的內部動力學決定,而不是由外部天體的運動決定。

換句話說,把時間基準從“輸入”變成一個“輸出”,讓生態系統自己決定它的時鐘頻率。

而外部只需要提供週期性的能量脈衝,用來穩定這個頻率,那自然就不需要考慮額外輸入能量,也不需要強行對齊時間尺度了。

植物的光合作用可以鎖定在月球晝夜週期的三次諧波上,也就是大約九天的週期;微生物的代謝可以鎖定在七次諧波上,大約四天的週期;動物的繁殖可以鎖定在基頻或者二次諧波上。

這三個諧波之間是整數倍關係,可以透過耦合項自動同步。

肖宿眼睛一亮,不過他正要繼續往下推,忽然又停住了。

諧波鎖定這個方案可行,但是有一個前提,那就是子系統的代謝週期和月球的軌道週期之間必須存在一個穩定的有理數比值。

可是,植物和微生物的代謝週期根本不可能固定,它們會隨著溫度、光照、營養條件的變化而漂移。

而如果漂移幅度太大,諧波鎖定就會失穩。

肖宿想了想,把方程裡的耦合項重新寫了一遍。

他在耦合項里加了一個相位反饋機制,讓子系統的代謝週期能夠根據溫度訊號的相位變化自動微調,從而在月球軌道週期的諧波上保持鎖定。

這個反饋機制的數學形式並不複雜,本質上是一個鎖相環的結構,在通訊系統裡已經用了上百年了,只是沒人把它用到生態系統的時間節律控制上而已。

肖宿把修改後的方程重新調出來,讓司命跑了一組測試。

螢幕上的三條曲線開始振盪,一開始還各自漂移,但是在相位反饋的作用下逐漸靠攏,最後全都鎖定在了三個整數比的時間週期上。

鎖定之後的曲線非常平穩,振盪幅度比之前小了將近一個量級。

可行。

肖宿盯著那條鎖相成功的曲線看了一會兒,腦海中的思路明晰起來。

現在,整個方案最關鍵的幾點已經解決了,可以開始了。

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