Naukowcy wyjaśniają, dlaczego ludzie w tłumie czasami tworzą uporządkowane pasy ruchu

Opierając się na pomysłach opracowanych po raz pierwszy przez Alberta Einsteina, naukowcy z Wielkiej Brytanii i Polski stworzyli nową teorię wyjaśniającą, w jaki sposób zorganizowane, przeciwbieżne pasy ruchu mogą pojawiać się w pozornie nieuporządkowanych systemach – w tym w tłumie ludzi. Prowadzone przez Tima Rogersa na Uniwersytecie w Bath zespół zweryfikował swój model, obserwując prawdziwe ludzkie tłumy.

„Laning” jest przykładem spontanicznej organizacji w przyrodzie i byłby znany każdemu, kto szedł wzdłuż ruchliwej ulicy lub korytarza. Kiedy dwie grupy ludzi w dużym tłumie idą w przeciwnych kierunkach, często ustawiają się na równoległych, przeciwbieżnych pasach ruchu bez instrukcji, gdzie mają iść. Zmniejsza to ryzyko kolizji i poprawia efektywność ruchu dla obu grup.

To zachowanie pojawia się nie tylko w systemach czujących istot, ale można je również znaleźć w różnych sytuacjach, od ruchów przeciwnie naładowanych cząstek w złożonej plazmie, po przeciwne rozprzestrzenianie się sygnałów elektrycznych w wydłużonych komórkach nerwowych. Jednak nadal istnieje wiele aspektów tego zjawiska, które są słabo poznane.

Rozstrzygnięcie debaty

„Pomimo tego powszechnego występowania wciąż nie ma zgody co do fizycznego pochodzenia gry w alei” — mówi Rogers. „Aby rozstrzygnąć tę debatę, potrzebna jest teoria ilościowa, którą można przetestować za pomocą symulacji i eksperymentów”.

Aby zbudować swoją teorię, zespół Rogersa – w skład którego również wchodził Karola Bacika na Uniwersytecie w Bath i Bogdan Bacik na Akademii Wychowania Fizycznego w Katowicach – czerpali z teoretycznego podejścia przyjętego po raz pierwszy przez Einsteina w 1905 roku.

W jednym ze swoich pierwszych znaczących wkładów w fizykę Einstein zbadał losowe ruchy Browna mikroskopijnych cząstek, takich jak ziarna pyłku, gdy są one popychane przez cząsteczki wody. Pokazał, jak można zrozumieć ruch, biorąc pod uwagę skumulowane skutki wielu drobnych zderzeń molekularnych.

Małe korekty

Stosując te same koncepcje do przeciwstawnych tłumów ludzkich, zespół odkrył, że może powiązać ruchy poszczególnych osób – z których każda dokonuje ciągłych drobnych korekt swoich ścieżek, aby uniknąć wpadania na siebie – z ogólnymi ruchami tłumu. „Z matematycznego punktu widzenia jest to ćwiczenie z fizyki statystycznej – sztuka obliczania średnich w systemach, w których składników jest zbyt wiele, aby można je było śledzić indywidualnie” — wyjaśnia Rogers.

Oprócz przeprowadzania symulacji komputerowych zespół przetestował swój model, przeprowadzając serię eksperymentów z prawdziwymi ludzkimi tłumami. Obejmowały one 73 uczestników spacerujących po kwadratowej arenie.

„Oprócz rzucenia nowego światła na starą zagadkę, nasza analiza wygenerowała również kilka nowych hipotez” – mówi Rogers. Jedno z tych interesujących zachowań pojawiło się, gdy zespół umieścił bramki wejściowe i wyjściowe na krawędzi areny. W tym przypadku odkryli, że pasy mają tendencję do zakrzywiania się w kształty paraboliczne, hiperboliczne lub eliptyczne, w zależności od położenia bramek.

Zasady drogowe

„Pokazaliśmy również, że wprowadzenie przepisów ruchu drogowego dla pieszych może mieć niepożądane skutki” – kontynuuje Rogers. „Na przykład, kiedy ludziom mówi się, aby starali się zawsze wyprzedzać z prawej strony, tworzą pasy, które kończą się przechyleniem”. Ten wzorzec pojawił się, ponieważ większość pieszych woli skręcać w prawo, unikając się nawzajem, łamiąc chiralną symetrię swoich pasów ruchu (patrz rysunek).

Zespół podkreśla, że ​​ich badanie dotyczy tylko systemów poniżej określonej gęstości. Jeśli ludzie są upakowani zbyt ciasno, płynne linie mogą się zacinać, a ruchy Browna Einsteina nie mają już znaczenia.

Po zweryfikowaniu swojej teorii trio ma nadzieję wykorzystać ją do odkrycia innych wzorców w pozornie nieuporządkowanym tłumie, które do tej pory pozostawały ukryte przez ograniczenia poprzednich modeli.

Ich odkrycia mogą również zapewnić głębszy wgląd w dynamikę tłumu, biologię i fizykę, w których samoorganizujące się tory odgrywają kluczową rolę w przepływie ludzi, cząsteczek i informacji.

Badania opisano w nauka.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• Platoblockchain. Web3 Inteligencja Metaverse. Wzmocniona wiedza. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/scientists-explain-why-people-in-crowds-sometimes-form-orderly-lanes/