Щоб не замерзнути в арктиці, пінгвіни тримаються разом, збираючись невеликими групами. Але якщо стояти занадто близько один до одного, можна перегрітися, а якщо відійти занадто далеко — замерзнути. У кожного пінгвіна є ідеальна температура, до якої він прагне, підбираючи найбільш підходяще положення в просторі.
Така група пінгвінів — відмінний приклад системи з безлічі взаємодіючих між собою активних частинок (або «інтерактивних агентів»), які постійно зайняті самооптимізацією — пошуком для себе найкращого положення в просторі. У своїй роботі вчені вирішили детально вивчити динаміку поведінки таких систем, оскільки багато реальних систем використовують схожі методи самооптимізації.
Виявилося, саме «шкурний інтерес ” — особисте прагнення до кращих умов-кожного активного агента дозволяє досягти оптимального стану для цілої групи. Фізики використовували принципово нову модель для активних частинок, в якій агенти самі вибирають, куди рухатися.
Частинки знаходяться в загальному скалярному полі, де кожній точці відповідає деяке значення параметра – в разі пінгвінів це температура. У скалярному полі частинки рухаються в напрямку найбільшої зміни, щоб якомога швидше потрапити в точку з оптимальним значенням параметра. Дослідники виявили, що взаємодія з полем автоматично призводить до виникнення сил, які пов’язують відразу три частинки. За словами вчених, ці триплетні сили-ключ до розуміння колективної динаміки взаємодіючих активних частинок.
Описаний у статті підхід показав, як групова динаміка, заснована на прагненні кожної частинки до власного оптимуму, виявляється вигідна для всієї системи. Вона призводить до впорядкованої апериодической конфігурації, в якій активні частинки з меншою кількістю сусідів розташовані ближче один до одного, щоб зігрітися, — точно так же, як пінгвіни.
Виявлений принцип оптимізації проводить паралель між фізикою і біологією і показує, як кількісне моделювання на основі простих правил комунікації призводить до явищ, неможливим при звичайній парній взаємодії. Схожу динаміку вчені очікують виявити в інших біологічних спільнотах-наприклад, в групах інших тварин або спільнотах мікроорганізмів.
Опублікована в журналі .
