Фізики знайшли спосіб описати рух пташиних зграй законами Ньютона

Розробка нової теорії для невзаємних систем

Як повідомляє НВ — Техно: 18 червня, 00:15

Міжнародна група дослідників під керівництвом Марина Букова та Родериха Месснера з Інституту фізики складних систем ім. Макса Планка в Дрездені розробила теорію, яка дозволяє застосовувати класичні методи теоретичної механіки до невзаємних систем, таких як пташині зграї. Ключем до цього стали штучні змінні, запропоновані біофізиком Рікардом Алертом, які перетворюють односторонню взаємодію на взаємну. Результати дослідження опубліковано в журналі Nature Physics.

Орієнтація птахів у зграях

Під час польоту у зграях птахи орієнтуються лише на сородичів попереду або поруч, ігноруючи тих, хто позаду. Ця поведінка суперечить третьому закону Ньютона про рівність дії та протидії. Системи, які характеризуються односторонньою взаємодією, відомі як нереципрокні (невзаємні). Введення в розрахунки додаткових штучних змінних, зокрема віртуального партнера для кожного об'єкта, дозволяє краще моделювати такі системи.

Уявні партнери перетворюють односторонню взаємодію на взаємну, що дає можливість використовувати класичні фізичні формули для опису поведінки птахів у зграях. Цей підхід відкриває нові можливості для вивчення складних систем, які раніше не піддавалися опису за допомогою традиційних методів фізики. Результати роботи дослідників можуть мати важливе значення для розуміння поведінки не лише птахів, але й інших живих організмів, що діють в групах.

«Ця нова теорія може суттєво змінити підходи до моделювання складних систем в природі, де традиційні методи фізики виявляються недостатніми». - Марина Букова

Дослідження під керівництвом Марина Букова та Родериха Месснера є важливим внеском у науку, що підтверджує можливість інтеграції біофізичних і класичних фізичних концепцій для вивчення невзаємних систем. Результати були опубліковані в Nature Physics (DOI: 10.1038/s41567-026-03317-0).

Розуміння цих механізмів може мати практичні застосування в таких областях, як:

• екологія
• поведінкова біологія
• робототехніка

Дослідження відкриває нові горизонти для досліджень, що стосуються колективної поведінки не лише птахів, а й інших видів тварин, таких як риби чи ссавці.

Дослідження, проведене міжнародною командою під керівництвом Марини Букової, є лише одним із прикладів того, як фізика може бути застосована для розуміння складних систем у природі. Інші вчені також займаються моделюванням поведінки групових систем, що відкриває нові горизонти для вивчення соціальних явищ та природних процесів.