科学家解释了为什么人群中的人有时会形成有序的车道

英国和波兰的研究人员借鉴阿尔伯特·爱因斯坦最初提出的想法，创造了一种新理论，解释了如何在看似无序的系统（包括人群）中出现有组织的、逆向流动的运动通道。 由...领着 蒂姆·罗杰斯 在巴斯大学，该团队通过观察真实的人群来验证他们的模型。

“车道”是自然界自发组织的一个例子，任何走过繁忙街道或走廊的人都会很熟悉。 当一大群人中的两组人朝相反的方向行走时，他们通常会在没有被告知应该往哪里走的情况下组织自己走成平行、逆向的车道。 这降低了碰撞风险并提高了两组的运动效率。

这种行为不仅出现在有情众生的系统中，还存在于从复杂等离子体中带相反电荷的粒子的运动到细长神经细胞中反向传播电信号的各种情况中。 然而，对该现象的许多方面仍然知之甚少。

解决辩论

罗杰斯说：“尽管它广泛存在，但对于车道的物理起源仍然没有达成共识。” “为了解决这场争论，人们需要一种可以通过模拟和实验进行检验的定量理论。”

为了建立他们的理论，罗杰斯的团队——其中还包括 卡罗尔·巴奇克 在巴斯大学和卡托维兹体育学院的 Bogdan Bacik - 借鉴了爱因斯坦于 1905 年首次采用的理论方法。

在他对物理学的第一个主要贡献之一中，爱因斯坦研究了花粉粒等微观粒子在被水分子推挤时的随机布朗运动。 他展示了如何通过解释许多微小分子碰撞的累积效应来理解运动。

小调整

通过将相同的概念应用于逆流的人群，该团队发现他们可以将个体的动作——每个人不断地对其路径进行小幅调整以避免相互碰撞——与人群的整体动作联系起来。 罗杰斯解释说：“从数学上讲，这是统计物理学的一项练习——在组件太多而无法单独跟踪的系统中取平均值的艺术。”

除了进行计算机模拟外，该团队还通过对真实人群进行一系列实验来测试他们的模型。 这些涉及 73 名参与者在方形场地内行走。

罗杰斯说：“除了对旧难题有了新的认识外，我们的分析还产生了几个新的假设。” 当团队在竞技场边缘放置进出门时，就会出现这些有趣的行为之一。 在这种情况下，他们发现车道往往会弯曲成抛物线、双曲线或椭圆形，具体取决于大门的位置。

交通规则

“我们还表明，为行人引入交通规则可能会产生一些不良影响，”罗杰斯继续说道。 “例如，当人们被告知要尽量从右边超车时，他们会形成最终倾斜的车道。” 这种模式的出现是因为大多数行人在互相躲避时更喜欢右转，打破了车道的手征对称性（见图）。

该团队强调，他们的研究仅适用于特定密度以下的系统。 如果人们挤得太紧，流动的车道就会堵塞，爱因斯坦的布朗运动就不再适用了。

在验证了他们的理论之后，这三人希望用它来揭示看似无序人群中的其他模式，这些模式迄今为止仍被先前模型的局限性所隐藏。

他们的发现还可以为人群动力学、生物学和物理学提供更深入的见解，其中自组织车道在人流、粒子流和信息流中起着关键作用。

该研究描述于 科学.

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