Новая теория, разработанная математиками из Университета Бат в Великобритании под руководством профессора Тима Роджерса, объясняет, каким образом людям удается не задумываясь и не спрашивая вклиниваться в поток других людей. Также ученые могут предсказать, когда траектория движения толпы будет изогнутой, а когда прямой.

"Формирование пути не требует сознательного мышления — участники эксперимента не осознавали, что выстраиваются в четко определенные математические кривые, — объясняет ведущий автор исследования, доктор Кароль Бачик. — Порядок возникает спонтанно, когда две группы с разными целями пересекаются в людном месте и пытаются избежать столкновения друг с другом. Кумулятивный эффект множества отдельных решений непреднамеренно приводит к образованию полос движения".

Математический анализ объединяет противоречивые точки зрения на то, по какому принципу формируются траектории движения и представляет собой большой шаг вперед в междисциплинарной науке об "активной материи" — изучении группового поведения во взаимодействующих популяциях, начиная от бактерий и заканчивая стадами животных и большими группами людей.

До сих пор ученые давали несколько разных объяснений тому, почему толпы людей и другие активные системы естественным образом самоорганизуются, но ни одно из них не было подтверждено. Команда ученых из Бата использовала новый аналитический подход, вдохновленный теорией броуновского движения Альберта Эйнштейна, позволяющей делать прогнозы, которые можно проверить.

Исследование, вероятно, будет иметь значение для ряда научных дисциплин, особенно в области физики и биологии. Подобные структуры также могут быть образованы неодушевленными молекулами, такими как заряженные частицы или органеллы в клетке.

Скрытая логика

Чтобы проверить свою теорию, исследователи попросили группу добровольцев пройтись по экспериментальной арене, имитирующей различные планировки, с разными входами и выходами.

В одном из случаев арена была устроена в стиле вокзала Кингс-Кросс в Лондоне. Когда исследователи просматривали видеозапись эксперимента, они наблюдали, как математические закономерности проявляются в реальной жизни.

"На первый взгляд толпа, пытающаяся пройти через двое ворот, может показаться беспорядочной, но если приглядеться повнимательнее, то можно увидеть скрытую структуру. В зависимости от планировки пространства вы можете наблюдать либо классические прямые траектории движения, либо более сложные изогнутые маршруты, такие как эллипсы, параболы и гиперболы", — говорит ведущий автор исследования доктор Кароль Бачик. 

"То, что мы разработали, — это изящная математическая теория, которая предсказывает склонность к образованию полос движения в любой заданной системе, — объясняет профессор Роджерс. — Теперь мы знаем, что существует гораздо больше структур, чем считалось ранее".

Исследование было опубликовано в Science.