Forskare förklarar varför människor i folksamlingar ibland bildar ordnade körfält

Genom att bygga på idéer som först utvecklades av Albert Einstein, har forskare i Storbritannien och Polen skapat en ny teori som förklarar hur organiserade, motströmmande rörelser kan uppstå i till synes oordnade system – inklusive mängder av människor. Ledd av Tim Rogers vid University of Bath verifierade teamet sin modell genom att observera riktiga mänskliga folkmassor.

"Laning" är ett exempel på spontan organisation i naturen, och skulle vara bekant för alla som har gått längs en livlig gata eller korridor. När två grupper av människor i en stor folkmassa går i motsatta riktningar organiserar de sig ofta i parallella, motströmmande körfält utan att få instruktioner om var de ska gå. Detta minskar risken för kollisioner och förbättrar rörelseeffektiviteten för båda grupperna.

Detta beteende dyker inte bara upp i system av kännande varelser, det kan också hittas i situationer som sträcker sig från rörelser av motsatt laddade partiklar i komplexa plasma, till mot-propagerande elektriska signaler i långsträckta nervceller. Det finns dock fortfarande många aspekter av fenomenet som är dåligt förstådda.

Avgör en debatt

"Trots dess utbredda förekomst finns det fortfarande ingen konsensus om det fysiska ursprunget till laning", säger Rogers. "För att lösa den här debatten behöver man en kvantitativ teori som kan testas mot simuleringar och experiment."

För att bygga sin teori, Rogers team – som också inkluderade Karol Bacik vid University of Bath och Bogdan Bacik vid Academy of Physical Education i Katowice – hämtade från ett teoretiskt tillvägagångssätt som först togs av Einstein 1905.

I ett av sina första stora bidrag till fysiken undersökte Einstein den slumpmässiga brownska rörelsen hos mikroskopiska partiklar som pollenkorn när de knuffas runt av vattenmolekyler. Han visade hur rörelsen kan förstås genom att redogöra för de kumulativa effekterna av många små molekylära kollisioner.

Små justeringar

Genom att tillämpa samma koncept på motströmmande mänskliga folkmassor fann teamet att de kunde koppla samman enskilda människors rörelser – var och en gör ständiga små justeringar av sina vägar för att undvika att stöta på varandra – med en folkmassas övergripande rörelser. "Matematiskt är det en övning i statistisk fysik - konsten att ta medelvärden i system där komponenterna är för många för att hålla reda på individuellt", förklarar Rogers.

Förutom att göra datorsimuleringar testade teamet sin modell genom att göra en serie experiment med riktiga mänskliga folkmassor. Dessa involverade 73 deltagare som gick inom en fyrkantig arena.

"Förutom att kasta ett nytt ljus över det gamla pusslet genererade vår analys också flera nya hypoteser", säger Rogers. Ett av dessa intressanta beteenden dök upp när laget placerade in- och utgångsportar vid kanten av arenan. I det här fallet fann de att banor tenderade att kröka sig till paraboliska, hyperboliska eller elliptiska former, beroende på portarnas positioner.

Trafikregler

"Vi visade också att införandet av trafikregler för fotgängare kan ha vissa oönskade effekter", fortsätter Rogers. "Till exempel, när folk blir tillsagda att försöka alltid passera till höger, bildar de körfält som slutar luta." Detta mönster uppstod eftersom de flesta fotgängare föredrar att svänga höger när de undviker varandra, vilket bryter den kirala symmetrin i deras körfält (se figur).

Teamet betonar att deras studie endast gäller system under en viss densitet. Om folk packas för hårt kan strömmande gränder hamna och Einsteins Brownska rörelse är inte längre relevant.

Efter att ha verifierat sin teori hoppas trion kunna använda den för att avslöja andra mönster i till synes oordnade folkmassor, som hittills har förblivit dolda av tidigare modellers begränsningar.

Deras upptäckter kan också ge djupare insikter i publikens dynamik, biologi och fysik där självorganiserande banor spelar en nyckelroll i flödet av människor, partiklar och information.

Forskningen beskrivs i Vetenskap.

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Källa: https://physicsworld.com/a/scientists-explain-why-people-in-crowds-sometimes-form-orderly-lanes/