Ред в хаоса: Какво обединява рибите, птиците и магнитните частици

През тази година частиците се превърнаха в ключова тема както в популярната култура, така и в академичните среди. Видеоигрите и филмите все повече се стремят към реализъм чрез сложни симулации на частици. В науката суперкомпютрите дават възможност да се симулират милиарди частици, като се обединяват различни дисциплини и се оценяват вероятностите за протичане на процесите.

Ново изследване, публикувано в Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment хвърля светлина върху явлението колективно движение, при което отделни обекти започват да се движат като едно цяло. Макар че това явление е добре познато във физиката на елементарните частици, то се среща и в макросвета – например в рояците с риби. Изследователите смятат, че способността им за синхронизирано движение се обяснява не само с подобрени сетивни органи, но и с неизвестни досега физични процеси.

Интересно е, че колективното движение на рибите или птиците в известен смисъл може да се сравни с плазмата в термоядрените реактори. И двете явления показват сходни характеристики с флуиди като водата или вятъра.

Въпреки това точните механизми, които стоят в основата на тези явления все още са спорни. Изследователите са установили, че ключова роля играят флуктуациите – промени, които предизвикват безпорядък в дадена система и в крайна сметка водят до организирано групово поведение.

Експериментите показват, че дори магнитните частици реагират на флуктуациите по неочаквано неорганизиран начин, което води до образуването на организирани групи. Това противоречи на предишни теории, които обясняваха колективното поведение въз основа на налягането и температурата. Интересно е, че подобни процеси са наблюдавани дори в сложни системи, като например групи птици, които се ориентират по визуални образи.

Изследователите са създали нов модел за изучаване на колективното движение, като се надяват, че техният подход ще помогне при по-нататъшни изследвания на подобни явления. Този модел вече е доказал своята ефективност при активни частици, изпитващи нематични моменти – явление, наблюдавано при времевите кристали, когато атомите се подреждат в паралелни редици и се синхронизират.

По този начин това изследване е важна стъпка към по-задълбочено разбиране на явленията на колективно движение в природата.