Дослідники з університетів Меріленду і Західної Віргінії вперше експериментально виявили «хімічне відлуння» в системі з 1000 паралельно протікаючих коливальних реакцій. Явище полягає у спонтанному виникненні порядку в неупорядкованій системі після пари зовнішніх впливів. Це показує, що хоча окремий «хімічний маятник» не може «пам'ятати» про зовнішні впливи, сукупність їх великої кількості здатна проявляти подобу колективної пам'яті. Дослідження опубліковано в журналі, коротко про нього повідомляє.
Маятники або, в більш загальному випадку, осцилятори - системи, параметри яких відчувають періодичні коливання. Подібним чином можна описувати великий клас систем, починаючи від коливань атомів у складних молекулах і закінчуючи періодичними скороченнями клітин серця. У великих ансамблях з таких «маятників» через їхні взаємодії один з одним може виникати синхронізація та інші незвичайні відгуки. Один з варіантів відгуків - спонтанна синхронізація, що проявляється як «відлуння» від пари зовнішніх імпульсів. Кожен імпульс поодинці синхронізує стан системи лише тимчасово - поступово вона релаксує, повертаючись до хаосу, проте через деякий час, рівний проміжку між двома імпульсами, знову спостерігається короткочасне впорядкування, без зовнішніх впливів.
Вперше таке впорядкування було відкрито на системах ядерних спинів атомів водню - воно носить назву «спинового відлуння». Зараз воно використовується в техніці ядерного магнітного резонансу для детального аналізу будови речовин і в магнітно-резонансній томографії. Пізніше схожі «відлуння» були використані в нейтронних методах і дозволили стежити за фононами і магнонами в матеріалах. Аналогічні явища були виявлені в хвилях плазми. Нова робота розширює спектр систем, в яких можна зустріти «відлуння».
Хіміки досліджували систему, в якій перебувала відразу тисяча кульок з каталізатором, необхідним для запуску реакції Білоусова-Жаботинського. Це автоколивальна реакція, в якій суміш з декількох речовин періодично змінює забарвлення. Механізм процесу включає в себе кілька десятків елементарних стадій. Кожна кулька була самостійним «реактором» і запускала коливання на власній частоті. Оскільки в реакції використовувався світлочутливий каталізатор, то і в ролі пари ініціюючих імпульсів вчені використовували світло.
Після першого імпульсу на деякий час реакції навколо різних кульок синхронізувалися, але лише на час. Другий імпульс світла, який хіміки включали через кілька сот секунд, знову тимчасово синхронізував коливальні реакції. Через наступні кілька сотень секунд ступінь синхронізації знову спонтанно підвищувалася, але не досягаючи значень, що спостерігалися у відповідь на імпульси.
Повторити експериментальні спостереження «відлуння» вдалося і комп'ютерним моделюванням на системах у 100 тисяч кульок-осциляторів. Виявилося, що розсинхронізація і «забування» осциляторів про керуючих імпульсах лише здаються - насправді інформація про впливи залишається «записана» у взаємозв'язку між фазами осциляторів. Цей взаємозв'язок підтримується навіть у, здавалося б, повністю позбавленій синхронізації системі. Автори сподіваються, що аналогічні «відлуння» вдасться знайти і в живих системах, наприклад, у колоніях бактерій.
Реакція Білоусова-Жаботинського - представник класу коливальних хімічних реакцій. Зовні вона проявляє себе періодичними змінами забарвлення, наприклад, з безбарвної на синю або з фіолетової на синюю. У класичному варіанті цього експерименту потрібно змішати органічну речовину, окислювану в реакції (зазвичай лимонну або малонову кислоту), окислювач (бромат калію) і каталізатор, що прискорює ці процеси (сіль тривалентного церію). При реакції каталізатор змінює свою форму з активної на неактивну і назад - це і обумовлює зміну забарвлення.
Нещодавно хіміки з Університету Піттсбурга розробили метод розпізнавання зображень, заснований на гелях, в яких відбувається реакція Білоусова-Жаботинського.