Tiedemiehet selittävät, miksi ihmiset väkijoukossa muodostavat joskus järjestyksessä kaistat

Ison-Britannian ja Puolan tutkijat ovat luoneet Albert Einsteinin alun perin kehittämien ideoiden pohjalta uuden teorian, joka selittää, kuinka järjestäytyneitä, vastakkaisia ​​liikeratoja voi syntyä näennäisesti häiriintyneissä järjestelmissä – mukaan lukien ihmisjoukkoja. Johdolla Tim Rogers Bathin yliopistossa ryhmä vahvisti mallinsa tarkkailemalla todellisia ihmisjoukkoja.

"Laning" on esimerkki spontaanista järjestäytymisestä luonnossa, ja se olisi tuttu kaikille vilkkaalla kadulla tai käytävällä kävellelle. Kun kaksi ihmisryhmää suuressa joukossa kävelee vastakkaisiin suuntiin, he usein järjestäytyvät yhdensuuntaisiksi, vastakkaisille kaistalle ilman, että heille annetaan ohjeita siitä, minne heidän tulisi kävellä. Tämä vähentää törmäysriskiä ja parantaa molempien ryhmien liikkeen tehokkuutta.

Tämä käyttäytyminen ei esiinny vain tuntevien olentojen järjestelmissä, vaan sitä voi havaita myös tilanteissa, jotka vaihtelevat vastakkaisesti varautuneiden hiukkasten liikkeistä monimutkaisissa plasmassa, vastakkaiseen leviämiseen sähköisissä signaaleissa pitkänomaisissa hermosoluissa. Ilmiössä on kuitenkin edelleen monia puolia, joita ymmärretään huonosti.

Keskustelun ratkaiseminen

"Huolimatta sen laajalle levinneestä esiintymisestä, ei vieläkään ole yksimielisyyttä kaistan fyysisestä alkuperästä", Rogers sanoo. "Tämän keskustelun ratkaisemiseksi tarvitaan kvantitatiivinen teoria, jota voitaisiin testata simulaatioilla ja kokeilla."

Teoriansa rakentamiseksi Rogersin tiimi – johon myös kuului Karol Bacik Bathin yliopistossa ja Bogdan Bacik Katowicen fyysisen kasvatuksen akatemiassa – pohjautuivat teoreettiseen lähestymistapaan, jonka Einstein omaksui ensimmäisen kerran vuonna 1905.

Yhdessä ensimmäisistä merkittävistä panoksistaan ​​fysiikkaan Einstein tutki mikroskooppisten hiukkasten, kuten siitepölyjyvien, satunnaista Brownin liikettä, kun vesimolekyylit joutuvat niiden ympärille. Hän osoitti, kuinka liike voidaan ymmärtää ottamalla huomioon monien pienten molekyylitörmäysten kumulatiiviset vaikutukset.

Pienet säädöt

Soveltamalla samoja käsitteitä vastavirtaan ihmisjoukkoon, tiimi havaitsi, että he pystyivät yhdistämään yksittäisten ihmisten liikkeet – jokainen teki jatkuvasti pieniä muutoksia poluilleen välttääkseen törmäämisen toisiinsa – joukon yleisiin liikkeisiin. "Matemaattisesti se on tilastollisen fysiikan harjoitus - taito ottaa keskiarvot järjestelmissä, joissa komponentteja on liian monta yksitellen pysymiseen", Rogers selittää.

Tietokonesimulaatioiden lisäksi tiimi testasi malliaan tekemällä sarjan kokeita todellisten ihmisjoukkojen kanssa. Näihin osallistui 73 osallistujaa, jotka kävelivät neliöareenalla.

"Sen lisäksi, että tuomme uutta valoa vanhaan palapeliin, analyysimme loi myös useita uusia hypoteeseja", Rogers sanoo. Yksi näistä mielenkiintoisista käytöksistä ilmeni, kun joukkue asetti sisään- ja uloskäyntiportit areenan reunaan. Tässä tapauksessa he havaitsivat, että kaistat pyrkivät kaareutumaan parabolisiin, hyperbolisiin tai elliptisiin muotoihin porttien sijainnista riippuen.

Liikennesäännöt

"Ostimme myös, että jalankulkijoiden liikennesääntöjen käyttöönotolla voi olla joitain ei-toivottuja vaikutuksia", Rogers jatkaa. "Esimerkiksi kun ihmisiä käsketään yrittämään aina ohittaa oikealta, he muodostavat kaistoja, jotka lopulta kallistuvat." Tämä kuvio syntyi, koska useimmat jalankulkijat haluavat kääntyä oikealle väistessään toisiaan rikkoen kaistansa kiraalista symmetriaa (katso kuva).

Ryhmä korostaa, että heidän tutkimuksensa koskee vain järjestelmiä, jotka ovat alle tietyn tiheyden. Jos ihmiset ovat pakattu liian tiukasti, virtaavat kaistat voivat juuttua, eikä Einsteinin Brownin liike ole enää relevantti.

Vahvistettuaan teoriansa trio toivoo voivansa paljastaa sen avulla näennäisesti häiriintyneissä ihmisjoukkoissa muita malleja, jotka ovat toistaiseksi jääneet aikaisempien mallien rajoitusten piiloon.

Heidän löytönsä voisivat myös tarjota syvempiä näkemyksiä joukkodynamiikasta, biologiasta ja fysiikasta, joissa itseorganisoituvat kaistat ovat avainasemassa ihmisten, hiukkasten ja tiedon virtauksessa.

Tutkimusta kuvataan tiede.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/scientists-explain-why-people-in-crowds-sometimes-form-orderly-lanes/