Los científicos explican por qué las personas en multitudes a veces forman carriles ordenados

Basándose en ideas desarrolladas por primera vez por Albert Einstein, investigadores del Reino Unido y Polonia han creado una nueva teoría que explica cómo pueden surgir carriles de movimiento organizados y contracorrientes en sistemas aparentemente desordenados, incluidas multitudes de personas. Dirigido por Tim Rogers en la Universidad de Bath, el equipo verificó su modelo observando multitudes humanas reales.

“Laning” es un ejemplo de organización espontánea en la naturaleza, y le resultará familiar a cualquiera que haya caminado por una calle o corredor concurrido. Cuando dos grupos de personas en una gran multitud caminan en direcciones opuestas, a menudo se organizan en carriles paralelos y contrapuestos sin recibir instrucciones sobre dónde deben caminar. Esto reduce el riesgo de colisiones y mejora la eficiencia del movimiento para ambos grupos.

Este comportamiento no solo surge en los sistemas de los seres sintientes, sino que también se puede encontrar en situaciones que van desde los movimientos de partículas con carga opuesta en plasmas complejos hasta la contrapropagación de señales eléctricas en células nerviosas alargadas. Sin embargo, todavía hay muchos aspectos del fenómeno que son poco conocidos.

resolviendo un debate

“A pesar de su ocurrencia generalizada, todavía no hay consenso sobre el origen físico del carril”, dice Rogers. "Para resolver este debate, se necesita una teoría cuantitativa, que pueda probarse con simulaciones y experimentos".

Para construir su teoría, el equipo de Rogers, que también incluía karol bacik en la Universidad de Bath, y Bogdan Bacik en la Academia de Educación Física en Katowice, se basó en un enfoque teórico adoptado por primera vez por Einstein en 1905.

En una de sus primeras contribuciones importantes a la física, Einstein examinó el movimiento browniano aleatorio de partículas microscópicas, como los granos de polen, cuando las moléculas de agua las empujan. Mostró cómo se puede entender el movimiento teniendo en cuenta los efectos acumulativos de muchas colisiones moleculares diminutas.

Pequeños ajustes

Al aplicar los mismos conceptos a multitudes humanas en contracorriente, el equipo descubrió que podían vincular los movimientos de personas individuales, cada uno haciendo pequeños ajustes constantes en sus caminos para evitar chocar entre sí, con los movimientos generales de una multitud. “Matemáticamente, es un ejercicio de física estadística: el arte de tomar promedios en sistemas donde los componentes son demasiado numerosos para realizar un seguimiento individual”, explica Rogers.

Además de realizar simulaciones por computadora, el equipo probó su modelo realizando una serie de experimentos con multitudes humanas reales. Estos involucraron a 73 participantes caminando dentro de una arena cuadrada.

“Además de arrojar una nueva luz sobre el viejo rompecabezas, nuestro análisis también generó varias hipótesis nuevas”, dice Rogers. Uno de estos comportamientos interesantes surgió cuando el equipo colocó puertas de entrada y salida en el borde de la arena. En este caso, encontraron que los carriles tendían a curvarse en formas parabólicas, hiperbólicas o elípticas, según la posición de las puertas.

Normas de tráfico

“También demostramos que la introducción de reglas de tránsito para peatones puede tener algunos efectos no deseados”, continúa Rogers. “Por ejemplo, cuando se les dice a las personas que traten de pasar siempre por la derecha, forman carriles que terminan ladeándose”. Este patrón surgió porque la mayoría de los peatones prefieren girar a la derecha mientras se esquivan, rompiendo la simetría quiral de sus carriles (ver figura).

El equipo enfatiza que su estudio solo se aplica a sistemas por debajo de cierta densidad. Si las personas están demasiado apretadas, los carriles que fluyen pueden atascarse y el movimiento browniano de Einstein ya no es relevante.

Habiendo verificado su teoría, el trío espera usarla para descubrir otros patrones en multitudes aparentemente desordenadas, que hasta ahora han permanecido ocultos por las limitaciones de los modelos anteriores.

Sus descubrimientos también podrían proporcionar conocimientos más profundos sobre la dinámica, la biología y la física de las multitudes, donde los carriles autoorganizados desempeñan un papel clave en el flujo de personas, partículas e información.

La investigación se describe en Ciencia:.

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/scientists-explain-why-people-in-crowds-sometimes-form-orderly-lanes/