Как стаи птиц бросают вызов классической физике
Третий закон Ньютона гласит, что на каждое действие есть равное противодействие, однако птицы в стаях, похоже, игнорируют это правило. Международная команда исследователей из Института физики сложных систем имени Макса Планка в Дрездене, возглавляемая Мариной Буковой и Родерихом Месснером, нашла способ применить классические методы теоретической механики к так называемым невзаимным системам, примером которых служат птичьи стаи. Ключевая идея заключалась во введении дополнительных искусственных переменных — виртуальных партнеров, предложенных биофизиком Рикардом Алертом. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Physics.
В полете птицы ориентируются только на тех сородичей, которые находятся впереди или рядом, полностью игнорируя летящих позади. Такое одностороннее взаимодействие противоречит третьему закону Ньютона, и системы с подобной динамикой называют нереципрокными. Ученые разработали и обосновали теорию, которая позволяет описывать эти невзаимные системы с помощью классических подходов теоретической механики. Для русскоязычной аудитории важно отметить, что это исследование помогает лучше понять не только поведение животных, но и принципы, лежащие в основе сложных физических явлений.
Биофизик Рикард Алерт предложил для каждого реального объекта создавать виртуального партнера — это превращает одностороннюю связь во взаимную. На практике это означает искусственное моделирование воображаемой птицы перед каждой настоящей, но расположенной в противоположном направлении. Авторы работы также намерены выяснить, могут ли исключения из законов Ньютона порождать новые формы коллективного поведения в квантовой материи.
Исследование, опубликованное 18 июня в 00:15, открывает свежие перспективы для понимания коллективного поведения живых организмов и может иметь серьезные последствия для физики и биологии.
Эта работа представляет собой важный шаг вперед в изучении динамики коллективного поведения, поскольку вводит новые концепции, способные изменить подходы к анализу как природных, так и искусственных систем. — Источник: Nature Physics
Применение классических механических методов к нереципрокным системам может открыть новые горизонты для моделирования сложных социальных и биологических феноменов, включая:
- поведение птичьих стай
- других групп организмов
Это, в свою очередь, способно оказать значительное влияние на различные области науки и технологий.
Дополнительно, исследование о моделировании стай птиц и человеческих толп подчеркивает важность понимания коллективного поведения в различных системах. Это открывает новые горизонты для изучения не только биологии, но и социальных наук, поскольку аналогии между поведением животных и людей могут быть весьма показательными.