Физики из Технического университета Дрездена (Германия) разработали теорию для описания систем, которые нарушают третий закон Ньютона. Статья опубликована в журнале Nature Physics.
Третий закон Ньютона утверждает равенство силы действия силе противодействия. Этот фундаментальный принцип классической механики прекрасно описывает столкновение бильярдных шаров или полет ракеты. Однако поведение некоторых коллективных систем не поддается такому простому расчету.
Птицы в стае ориентируются только на летящих впереди соседей. Они полностью игнорируют сородичей позади себя. В результате взаимодействие становится однонаправленным, а баланс между действием и реакцией исчезает. Подобное поведение характерно для колоний бактерий, скоплений клеток и толп людей.
Математические фиктивные партнеры
Долгое время ученые не могли точно моделировать такие системы из-за ограничений классических теорий. Стандартные инструменты физики создавались исключительно для реципрокных взаимодействий. Дрезденские исследователи нашли способ обойти это математическое препятствие.
Теоретики ввели в свои уравнения дополнительные искусственные переменные. Они поместили перед каждой реальной птицей математического фиктивного партнера. Этот воображаемый объект направлен в противоположную сторону и компенсирует одностороннее взаимодействие в расчетах.
Такой элегантный трюк возвращает систему в рамки привычной физики многих тел. Новый подход позволяет исследователям создавать максимально точные компьютерные симуляции роевого поведения животных. Эти знания также помогут в изучении необычных квантовых явлений и магнитных материалов нового типа.
Ранее Наука Mail рассказывала, что фруктовая диета меняет брачные танцы у птиц манакинов.
