Ученые объяснили, почему люди в толпе иногда выстраиваются упорядоченными рядами

Опираясь на идеи, впервые развитые Альбертом Эйнштейном, исследователи из Великобритании и Польши создали новую теорию, которая объясняет, как организованные, встречные полосы движения могут возникать в, казалось бы, беспорядочных системах, включая толпы людей. Под руководством Тим Роджерс в Университете Бата команда проверила свою модель, наблюдая за реальными человеческими толпами.

«Лейнинг» — это пример спонтанной организации в природе, и он знаком каждому, кто ходил по оживленной улице или коридору. Когда две группы людей в большой толпе идут в противоположных направлениях, они часто выстраиваются в параллельные, встречные полосы, не получая указаний, где им следует идти. Это снижает риск столкновений и повышает эффективность движения обеих групп.

Такое поведение проявляется не только в системах разумных существ, его также можно обнаружить в различных ситуациях, от движения противоположно заряженных частиц в сложной плазме до встречных электрических сигналов в удлиненных нервных клетках. Однако многие аспекты этого явления до сих пор остаются малоизученными.

Урегулирование спора

«Несмотря на его широкое распространение, до сих пор нет единого мнения о физическом происхождении лейнинга», — говорит Роджерс. «Чтобы разрешить этот спор, нужна количественная теория, которую можно было бы проверить с помощью моделирования и экспериментов».

Чтобы построить свою теорию, команда Роджерса, в которую также входили Кароль Бачик в Университете Бата и Богдана Бацика в Академии физического воспитания в Катовицах — опирались на теоретический подход, впервые примененный Эйнштейном в 1905 году.

В одном из своих первых крупных вкладов в физику Эйнштейн исследовал случайное броуновское движение микроскопических частиц, таких как пыльцевые зерна, когда они толкаются молекулами воды. Он показал, как можно понять движение, учитывая кумулятивный эффект многих крошечных молекулярных столкновений.

Небольшие корректировки

Применяя те же концепции к встречным человеческим толпам, команда обнаружила, что может связать движения отдельных людей — каждый из которых постоянно вносит небольшие коррективы в свои пути, чтобы не натыкаться друг на друга — с общими движениями толпы. «С математической точки зрения это упражнение в статистической физике — искусстве усреднения в системах, в которых компоненты слишком многочисленны, чтобы отслеживать их по отдельности», — объясняет Роджерс.

Помимо компьютерного моделирования, команда проверила свою модель, проведя серию экспериментов с реальными толпами людей. В них участвовало 73 участника, идущих по квадратной арене.

«Помимо того, что мы пролили новый свет на старую загадку, наш анализ также породил несколько новых гипотез», — говорит Роджерс. Одно из таких интересных поведений проявилось, когда команда разместила входные и выходные ворота на краю арены. В этом случае они обнаружили, что полосы имеют тенденцию изгибаться в параболическую, гиперболическую или эллиптическую форму, в зависимости от положения ворот.

Правила дорожного движения

«Мы также показали, что введение правил дорожного движения для пешеходов может иметь некоторые нежелательные последствия», — продолжает Роджерс. «Например, когда людям говорят стараться всегда обгонять направо, они образуют полосы, которые в конечном итоге наклоняются». Эта закономерность возникла из-за того, что большинство пешеходов предпочитают поворачивать направо, уклоняясь друг от друга, нарушая хиральную симметрию своих полос движения (см. рисунок).

Команда подчеркивает, что их исследование применимо только к системам с плотностью ниже определенной. Если люди набиваются слишком плотно, то движущиеся дорожки могут застрять, и эйнштейновское броуновское движение перестанет быть актуальным.

Подтвердив свою теорию, трио надеется использовать ее для выявления других закономерностей в кажущихся беспорядочными толпах, которые до сих пор оставались скрытыми из-за ограничений предыдущих моделей.

Их открытия также могут дать более глубокое понимание динамики толпы, биологии и физики, где самоорганизующиеся полосы играют ключевую роль в потоке людей, частиц и информации.

Исследование описано в Наука.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/scientists-explain-why-people-in-crowds-sometimes-form-orderly-lanes/