Forskere forklarer, hvorfor folk i menneskemængder nogle gange danner ordnede baner

Forskere forklarer, hvorfor folk i menneskemængder nogle gange danner ordnede baner

Tidsstempel: 12. april 2023 kl. 9

Oprettelse af baner
Bliv i din vognbane: fotografi fra oven, der viser de skrå vognbaner dannet af to grupper af mennesker (rød og blå), der bevæger sig i modsatte retninger (angivet med pile). Tilt er resultatet af en pass-on-the-right trafikregel. (Med høflighed: University of Bath)

Ved at trække på ideer, som først blev udviklet af Albert Einstein, har forskere i Storbritannien og Polen skabt en ny teori, der forklarer, hvordan organiserede, modstrømmende bevægelsesbaner kan opstå i tilsyneladende uordnede systemer - herunder menneskemængder. Ledet af Tim Rogers ved University of Bath bekræftede holdet deres model ved at observere ægte menneskemængder.

"Laning" er et eksempel på spontan organisering i naturen og ville være velkendt for enhver, der har gået langs en travl gade eller korridor. Når to grupper af mennesker i en stor menneskemængde går i hver sin retning, organiserer de sig ofte i parallelle, modsatrettede baner uden at få instruktioner om, hvor de skal gå. Dette reducerer risikoen for kollisioner og forbedrer effektiviteten af ​​bevægelse for begge grupper.

Denne adfærd dukker ikke kun op i systemer af følende væsener, den kan også findes i situationer lige fra bevægelser af modsat ladede partikler i komplekse plasmaer til mod-udbredende elektriske signaler i aflange nerveceller. Der er dog stadig mange aspekter af fænomenet, som er dårligt forstået.

Afslutte en debat

"På trods af dens udbredte forekomst er der stadig ingen konsensus om den fysiske oprindelse af laning," siger Rogers. "For at afgøre denne debat har man brug for en kvantitativ teori, som kan testes mod simuleringer og eksperimenter."

For at bygge deres teori, Rogers' team – som også inkluderede Karol Bacik ved University of Bath, og Bogdan Bacik ved Academy of Physical Education i Katowice - trak fra en teoretisk tilgang, som først blev taget af Einstein i 1905.

I et af sine første store bidrag til fysik undersøgte Einstein den tilfældige brownske bevægelse af mikroskopiske partikler, såsom pollenkorn, når de skubbes rundt af vandmolekyler. Han viste, hvordan bevægelsen kan forstås ved at redegøre for de kumulative virkninger af mange små molekylære kollisioner.

Små justeringer

Ved at anvende de samme koncepter på modstrømmende menneskemængder, fandt teamet ud af, at de kunne forbinde individuelle menneskers bevægelser - som hver især lavede konstante små justeringer af deres veje for at undgå at støde ind i hinanden - med en menneskemængdes overordnede bevægelser. "Matematisk er det en øvelse i statistisk fysik - kunsten at tage gennemsnit i systemer, hvor komponenterne er for mange til at holde styr på individuelt," forklarer Rogers.

Ud over at lave computersimuleringer testede holdet deres model ved at lave en række eksperimenter med rigtige menneskemængder. Disse involverede 73 deltagere, der gik inden for en firkantet arena.

"Udover at kaste et nyt lys over det gamle puslespil, genererede vores analyse også flere nye hypoteser," siger Rogers. En af disse interessante adfærd opstod, da holdet placerede ind- og udgangsporte ved kanten af ​​arenaen. I dette tilfælde fandt de ud af, at baner havde en tendens til at bue i parabolske, hyperbolske eller elliptiske former, afhængigt af portenes positioner.

Trafikregler

"Vi viste også, at indførelsen af ​​færdselsregler for fodgængere kan have nogle uønskede virkninger," fortsætter Rogers. "For eksempel, når folk bliver bedt om at prøve altid at passere til højre, danner de baner, der ender med at vippe." Dette mønster opstod, fordi de fleste fodgængere foretrækker at dreje til højre, når de undviger hinanden, og bryder den chirale symmetri i deres baner (se figur).

Holdet understreger, at deres undersøgelse kun gælder for systemer under en vis tæthed. Hvis folk er pakket for tæt ind, kan flydende baner sætte sig fast, og Einsteins Brownske bevægelse er ikke længere relevant.

Efter at have verificeret deres teori, håber trioen at bruge den til at afdække andre mønstre i tilsyneladende uordnede folkemængder, som indtil videre har forblevet skjult af tidligere modellers begrænsninger.

Deres opdagelser kunne også give dybere indsigt i menneskemængdens dynamik, biologi og fysik, hvor selvorganiserende baner spiller en nøglerolle i strømmen af ​​mennesker, partikler og information.

Forskningen er beskrevet i Videnskab.

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden