Физики научились управлять толпой с помощью беспорядка

Физики научились управлять толпой с помощью беспорядка

Международный коллектив ученых показал, как неупорядоченное внешнее воздействие способно качественно менять коллективное поведение активной материи: группы движущихся частиц или, к примеру, стаи птиц или толпы людей. Исследование опубликовано в Nature Communications.

Авторы изучали, как отличается движение активных коллоидных частиц (размером несколько микрон), если внешнее воздействие было равномерным или неравномерным, но с такой же средней интенсивностью. В качестве этого воздействия выступал лазерный луч, который при обычных условиях заставляет коллоидные частицы фокусироваться в одной области (такой метод часто называют «оптическим пинцетом»).

Для того, чтобы активировать частицы, в раствор также добавляли суспензию бактерий E.coli. Эти микроорганизмы обладают собственной подвижностью, а за счет столкновений также заставляют соседние коллоидные частицы двигаться быстрее, чем в обычном диффузионном режиме. Из-за небольшого перепада температуры, который создавал лазерный луч, концентрации бактерий внутри и снаружи него были разными. Это приводило к тому, что в центре освещенного пятна коллоидным частицам было менее выгодно находиться.

Ученые рассматривали два варианта внешнего облучения: 1) лазерное пятно равномерно; 2) лазерное пятно хаотично рассеяно, то есть содержит островки с большей или меньшей интенсивностью. При этом в каждом случае рассматривались системы в присутствии бактерий или без них.

В неактивированной системе (без клеток бактерий) поведение частиц качественно не различалось в зависимости от облучения: с течением времени они концентрировались внутри освещенного пятна, образуя плотную упаковку. Однако в присутствии бактерий частицы двигались в противоположные стороны: при равномерное облучении они медленно фокусировались внутри пятна, а при хаотичном — так же медленно покидали освещенную область.

Авторы объясняют такие необычные результаты тем, что при равномерном облучении существует лишь один локальный центр, где выгоднее всего находится частицам. При этом те из них, кто уже попал в центр, «прижимаются» снаружи другими частицами, поэтому не могут выйти из него.

В случае неравномерного освещения глобальный минимум энергии (то есть наиболее выгодное положение) по-прежнему один, однако локальных минимумов множество. Каждый из них может «захватить» частицу, что нарушает плотную упаковку и общую симметрию системы. В итоге из-за повышенной концентрации бактерий в освещенном участке частицам все же оказывается выгоднее выйти из этой области.

Результаты нового исследования, по мнению авторов, применимы ко многим частным случаям активных систем. Наиболее близкой аналогией является аномальная диффузия, которая наблюдается внутри живых клеток. Однако ученые приводят и другие примеры: стаи перелетных птиц или большие скопления людей. Во всех случаях неравномерное внешнее воздействие может играть ключевую роль в том, какой механизм движения установится в системе.

Тарас Молотилин

N+1

Похожие новости:
Физики научились бороться с брызгами
Физики из Франции и Великобритании выяснили, как на вероятность образования брызг при падении капли жидкости на поверхность влияет жесткость этой поверхности. Работа дает ученым инструмент для создания брызгогасящих поверхностей для работы с опасными препаратами и веществами. Исследование опубликовано в журнале Physical Review ..
2016-10-27 3172 0 Разное, интересное
0
Беспилотники научились сбивать с помощью звука
Южнокорейские инженеры научились сбивать беспилотники с помощью звука, выводя из строя их бортовые гироскопы. Об этом сообщается в докладе, который сотрудники Корейского ведущего научно-технического института (KAIST) представят на конференции в Вашингтоне 12-14 августа 2015 года. Электронный гироскоп, постоянно ..
2015-08-07 5382 0 Разное, интересное
0
Ученые Японии передвигают предметы силой звука
Группа японских ученых-акустиков успешно провела интересный эксперимент. Им удалось управлять различными предметами, перемещая их в трехмерном пространстве при помощи звука. Успех эксперимента явно превзошел предыдущие исследования в этой области, ставившие своей задачей только поднять объект ..
2014-01-09 1747 0 Разное, интересное
0
В России создали самый мощный лазер в мире
Физики-ядерщики из Всероссийского научно-исследовательского института экспериментальной физики создали самую мощную в мире лазерную установку УФЛ-2М. Новое оборудование будет иметь несколько назначений, одно из которых — военное.В полную силу установку планируют испытать в конце 2017 года, ..
2016-06-10 1579 0 Разное, интересное
0
Хокинг: искусственный интеллект – величайшая ошибка человечества
Британский физик Стивен Хокинг, в своей статье, рассказал, что недооценка угрозы со стороны искусственного интеллекта может стать самой большой ошибкой в истории человечества. Cоавторами данной работы являются профессор компьютерных наук из Калифорнийского университета Стюартом Расселлом и профессоры ..
2014-05-07 2340 0 Разное, интересное
0
Японец построил гигантского жука-робота
В длину Kabutom RX-03 достигает 11 метров, а его вес равен приблизительно 17 тоннам. Робот может передвигаться на шести ногах-лапах, а также выдувать дым из «носа», пишет Oddity Central.Такахаши начал работать над своим впечатляющим творением в 1997 году – это было его хобби. Kabutom ..
2012-08-31 1462 0 Разное, интересное
0
Физики сжали алмаз в три раза
Ученым из США удалось под давлением сжать алмаз более чем в три раза. Результаты своего исследования авторы опубликовали в статье в журнале Nature, в котором сообщается, что максимальная степень сжатия, которую удалось добиться ученым, составила 3,7 раза. Давление, необходимое для этого, оказалось равным ..
2014-07-17 1575 0 Разное, интересное
0
Создан электронный интерфейс между мозгом и мышцами
Новая технология позволяет головному мозгу произвольно управлять мышцами конечностей, минуя спинной мозг. Потенциально она позволит вновь вернуть подвижность парализованным пациентам. Пока, правда, система испытана только на животных. Нейрофизиологи из школы медицины Северо-Западного университета построили ..
2012-08-5 1423 0 Разное, интересное
0
Ученые готовятся к телепортации людей
Профессор Нью-Йоркского университета Митио Каку утверждает, что технология телепортации живого человека в пределах Земли или в космическом пространстве будет доступна через несколько десятилетий — или, по крайней мере, в следующем столетии. Известный ученый-физик, один из создателей теории струн и автор ..
2015-09-04 4240 0 Разное, интересное
1
Ученые упростили конструкцию плаща-невидимки
Ученые показали, что для создания плащей-невидимок не обязательно использовать сложные метаматериалы. Достаточно обладать точно настроенными лазерами и иметь устройство, создающее магнитное поле правильной конфигурации. Работа пока не принята к публикации, но ее препринт можно прочитать в архиве Корнельского университета. ..
2012-06-23 1306 0 Разное, интересное
0
Кипящие капли заставили двигаться в гору
Британские физики научились контролировать движение капель, левитирующих над раскаленной поверхностью благодаря эффекту Лейденфроста: направлять их вверх по уклону и отклонять в стороны. Работа опубликована в журналеScientific Reports, а ее краткое содержание можно прочитать на сайте Университета Бата. Ученые работали с металлическими ..
2012-11-1 1195 0 Разное, интересное
0
В интерпретациях квантовой реальности победил плюрализм мнений
Физики не перестают ожидать от интерпретаций и приложений квантовой реальности новых открытий и неожиданностей. Мнения специалистов на эту и ряд других актуальных тем современной физики приводит издание New Scientist. «Я верю в физическую реальность, которая превосходит мои собственные ожидания», — высказал свою точку зрения ..
2014-12-15 1079 0 Разное, интересное
0
Создан робот, управляемый силой мысли
Российскими студентами создан робот, управляемый силой мысли. Студенты Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР) совместно с учащимися Университета Рицумейкан (Япония) представили результаты совместной проектной работы в рамках курса Global Software Engineering. Презентация проектов, ..
2014-01-21 1525 0 Разное, интересное
-1
Невидимое силовое поле защитило Землю от смертельно опасных электронов
Американские физики обнаружили новые структуры в радиационном поясе Земли. Их ученые сравнили с силовым полем, защищавшим корабли в фантастическом сериале «Звездный путь». Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Nature, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте ..
2014-11-27 1348 0 Разное, интересное
-1
Российские студенты создали снегоуборочного робота
Сильные снегопады этой зимой заставили троих пермских студентов создать снегоуборочного робота всего за месяц. Машина-робот имеет компактные размеры, что позволит ей убирать там где крупная техника не пройдёт. Основная идея создания робота принадлежит студенту  автодорожного факультета ПНИПУ ..
2013-03-11 1528 0 Разное, интересное
0