Ученые нашли способ моделировать стаи птиц и толпы людей с помощью законов физики

Односторонние взаимодействия: новый взгляд на коллективное поведение

Как сообщает НВ — Техно: Специалисты из Института физики сложных систем Макса Планка разработали теорию, которая позволяет применять классические физические методы для описания систем, где взаимодействия носят односторонний характер. Обычная физика опирается на третий закон Ньютона, работающий только при двусторонних взаимодействиях. Однако в природе есть множество коллективных систем, где этот закон нарушается: например, стаи птиц, колонии бактерий или скопления людей. Чтобы обойти это ограничение, авторы ввели вспомогательные степени свободы, с помощью которых односторонние взаимодействия преобразуются в двусторонние, подчиняющиеся привычным физическим принципам.

Экспериментальная проверка и цитаты исследователей

Один из авторов работы, Марин Буков, подчеркивает: «Мы создали и доказали теорию, которая открывает путь для использования множества классических подходов в системах с односторонними взаимодействиями». Для проверки гипотезы ученые построили модель, где каждый элемент взаимодействует только с теми соседями, которые попадают в его поле зрения. Они также отметили, что в обычных физических системах взаимодействия описываются через энергетическую функцию, но в случае односторонних связей универсальной такой функции не существует.

«Для каждого компонента системы мы создаем воображаемого партнера, которого в реальности не существует», - объясняет соавтор исследования Рикард Алерт.

Этот метод точно воспроизводит динамику односторонних взаимодействий. На данный момент он работает для парных взаимодействий между элементами. В будущем ученые планируют проверить, могут ли в таких системах возникать новые формы коллективного квантового поведения. Открытие способно существенно повлиять на понимание сложных систем в природе и их моделирование.

Новая теория способна кардинально изменить подходы к изучению коллективных явлений, открывая свежие перспективы для физики и смежных дисциплин. Понимание односторонних взаимодействий может помочь в моделировании таких сложных систем, как социальные группы или экосистемы, что приведет к практическим применениям в биологии, социологии и других областях. Дальнейшие исследования в этой сфере дадут новые инструменты для анализа динамических систем, существующих в природе.

В то время как исследование односторонних взаимодействий открывает новые горизонты в понимании коллективного поведения, стоит обратить внимание на другие значимые достижения в физике. Например, недавние работы по опровержению теории Колмогорова показывают, что энергия в турбулентности может вести себя иначе, чем считалось ранее. Эти открытия подчеркивают динамичность и сложность физических систем, что делает их особенно актуальными для дальнейшего изучения. Подробнее об этом можно узнать в нашей статье о новой интерпретации энергии в турбулентности.