• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
02.12.2021
Мария Осетрова
2
5 868

Физики показали, как пингвины-эгоисты достигают коллективного оптимума

3.8

На примере пингвинов физики показали, что стремление каждого элемента системы к личному комфорту не мешает всей группе достичь оптимума. Это возможно благодаря действию сил, связывающих сразу три объекта системы.

Пингвины как активные частицы в скалярном поле. / © HHU / Alexandra V. Zampetaki
Пингвины как активные частицы в скалярном поле. / © HHU / Alexandra V. Zampetaki

Чтобы не замерзнуть в Арктике, пингвины держатся вместе, собираясь небольшими группами. Но если стоять слишком близко друг к другу, можно перегреться, а если отойти слишком далеко — замерзнуть. У каждого пингвина есть идеальная температура, к которой он стремится, подбирая наиболее подходящее положение в пространстве.

Такая группа пингвинов — отличный пример системы из множества взаимодействующих между собой активных частиц (или «интерактивных агентов»), которые постоянно заняты самооптимизацией — поиском для себя наилучшего положения в пространстве. В своей работе ученые решили подробно изучить динамику поведения таких систем, поскольку многие реальные системы используют похожие методы самооптимизации.

Оказалось, именно «шкурный интерес» — личное стремление к лучшим условиям — каждого активного агента позволяет достичь оптимального состояния для целой группы. Физики использовали принципиально новую модель для активных частиц, в которой агенты сами выбирают, куда двигаться.

Частицы находятся в общем скалярном поле, где каждой точке соответствует некоторое значение параметра — в случае пингвинов это температура. В скалярном поле частицы движутся в направлении наибольшего изменения, чтобы как можно быстрее попасть в точку с оптимальным значением параметра. Исследователи обнаружили, что взаимодействие с полем автоматически приводит к возникновению сил, которые связывают сразу три частицы. По словам ученых, эти триплетные силы — ключ к пониманию коллективной динамики взаимодействующих активных частиц.

Описанный в статье подход показал, как групповая динамика, основанная на стремлении каждой частицы к собственному оптимуму, оказывается выгодна для всей системы. Она приводит к упорядоченной апериодической конфигурации, в которой активные частицы с меньшим количеством соседей расположены ближе друг к другу, чтобы согреться, — точно так же, как пингвины.

Обнаруженный принцип оптимизации проводит параллель между физикой и биологией и показывает, как количественное моделирование на основе простых правил коммуникации приводит к явлениям, невозможным при обычном парном взаимодействии. Похожую динамику ученые ожидают обнаружить в других биологических сообществах — например, в группах других животных или сообществах микроорганизмов.

Статья с результатами исследования опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
29 сентября
JuliaT

Знаменитое «правило десяти тысяч шагов» может быть не самым лучшим ориентиром в борьбе с инфарктом. Для поддержания здоровья сердца нужно ежедневно подниматься по лестнице, показало исследование.

29 сентября
Igor

К неожиданным прорывам в науке могут привести даже пустяковые вещи вроде чаинок в чашке. Парадокс чайного листа только на первый взгляд кажется неважным, но в свое время им заинтересовался Альберт Эйнштейн. Решение парадокса ученый представил на одной из конференций, чем вызвал ажиотаж у академической публики. Докладу немецкого физика уже почти 100 лет, а самому парадоксу — гораздо больше, но исследователи во всем мире продолжают использовать его в своих работах. Например, недавно китайские ученые применили его для изучения концентрации веществ в наножидкостях.

28 сентября
Александр Березин

Космический телескоп «Гайя» позволил оценить скорость движения рекордного количества звезд в Млечном Пути, и новые данные оказались крайне неожиданными. Дело не только в том, что его масса упала во много раз: стало ясно, что сама структура Галактики не такая, как думали раньше.

26 сентября
Мария Азарова

Ученые применили современные методы, такие как микрокомпьютерная томография, получили сотни рентгеновских изображений и создали 3D-модель. Все для того, чтобы обнаружить следы опухоли во внутренней части черепа человека, жившего в середине IV века нашей эры. Это самый ранний случай менингиомы на Пиренейском полуострове — из тех, что известны науке.

29 сентября
Igor

К неожиданным прорывам в науке могут привести даже пустяковые вещи вроде чаинок в чашке. Парадокс чайного листа только на первый взгляд кажется неважным, но в свое время им заинтересовался Альберт Эйнштейн. Решение парадокса ученый представил на одной из конференций, чем вызвал ажиотаж у академической публики. Докладу немецкого физика уже почти 100 лет, а самому парадоксу — гораздо больше, но исследователи во всем мире продолжают использовать его в своих работах. Например, недавно китайские ученые применили его для изучения концентрации веществ в наножидкостях.

28 сентября
Александр Березин

Космический телескоп «Гайя» позволил оценить скорость движения рекордного количества звезд в Млечном Пути, и новые данные оказались крайне неожиданными. Дело не только в том, что его масса упала во много раз: стало ясно, что сама структура Галактики не такая, как думали раньше.

2 сентября
Редакция

Американский поэт и литературный критик Адам Кирш в эссе, опубликованном в The Guardian, рассуждает о том, как новые представления о возможностях животного разума меняют нас самих.

20 сентября
Ольга Иванова

Исследователи из Швеции и Великобритания узнали, что «правило деревьев» да Винчи, который считал, что толщина всех веток дерева на любой его высоте, сложенная вместе, равна толщине ствола, ошибочно на микроуровне.

[miniorange_social_login]

Комментарии

2 Комментария

Myname Mysurname
02.12.2021
-
0
+
Как я и подозревал на интуитивном уровне, что хорошо для индивида, хорошо и для коллектива.
Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: