Физики, изучая пингвинов, продемонстрировали, что стремление каждого участника группы к собственному благополучию не препятствует общей системе в достижении оптимального состояния. Это достигается за счет действия сил, действующих сразу на три объекта системы.
В Арктике пингвины собираются небольшими группами, чтобы не замерзнуть. Если стоять слишком близко, может быть жарко, а если далеко — холодно. Каждый пингвин стремится к оптимальной температуре и выбирает подходящее место.
Группа пингвинов демонстрирует систему из множества взаимодействующих активных частиц, постоянно занимающихся самооптимизацией — поиском наилучшего положения в пространстве. Ученые детально изучили динамику такого поведения, так как многие реальные системы используют подобные методы.
Личное стремление каждого участника к улучшению условий приводит к оптимальному состоянию для всей группы.
Частицы размещаются в общем скалярном поле, где каждой точке соответствует определенное значение параметра — например, температура для пингвинов. В этом поле частицы движутся в сторону наибольшего изменения параметра, стремительно приближаясь к точке с оптимальным его значением. Ученые обнаружили, что взаимодействие с полем само по себе порождает силы, связывающие сразу три частицы. Согласно их словам, эти триплетные силы — ключ к пониманию коллективного поведения взаимодействующих активных частиц.
В статье описан подход, который продемонстрировал взаимосвязь групповой динамики и благополучия всей системы. Стремление каждой частицы к собственному оптимуму при групповой динамике приводит к упорядоченной апериодической конфигурации. В ней активные частицы с меньшим количеством соседей располагаются ближе друг к другу для обогрева, аналогично пингвинам.
Новая методика оптимизации сравнивает физику и биологию, демонстрируя, как количественное моделирование по простым правилам коммуникации порождает явления, недостижимые при обычном взаимодействии пар. Ученые предполагают найти подобную динамику в других биологических коллективах — например, в группах животных или сообществах микроорганизмов.
Статья с результатами исследования опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.