Новая теория, разработанная математиками из Университета Бата в Великобритании во главе с профессором Тимом Роджерсом, объясняет это явление и способна предсказать, когда полосы движения будут не только прямыми, но и изогнутыми. Теория может даже описать наклон извилистой полосы движения, когда люди имеют привычку проезжать по одной стороне, а не по другой (например, в ситуации, когда им часто напоминают "проезжать справа").

Этот математический анализ объединяет противоречивые точки зрения на происхождение образования полос и выявляет новый класс структур, которые в повседневной жизни могут остаться незамеченными. Об открытии, опубликованном на этой неделе (пятница, 3 марта) в журнале Наука, представляет собой крупный шаг вперед в междисциплинарной науке об "активной материи" - изучении группового поведения во взаимодействующих популяциях, варьирующихся по масштабам от бактерий до стад животных.

Протестировано на аренах

Чтобы проверить свою теорию, исследователи попросили группу добровольцев пройти по экспериментальной арене, которая имитировала различные планировки, с изменениями входных и выходных ворот.

Одна арена была оборудована в стиле вокзала Кингс-Кросс в Лондоне. Когда исследователи просмотрели видеозапись эксперимента, они наблюдали, как математические закономерности обретают форму в реальной жизни.

Профессор Роджерс сказал: "На первый взгляд толпа пешеходов, пытающихся пройти через два выхода, может показаться беспорядочной, но если присмотреться повнимательнее, то можно увидеть скрытую структуру. В зависимости от планировки помещения вы можете наблюдать либо классические прямые дорожки, либо более сложные изогнутые узоры, такие как эллипсы, параболы и гиперболы."

Формирование полосы движения

Одиночные процессии, образующиеся на оживленных переходах по "зебре", являются лишь одним примером формирования полос движения, и это исследование, вероятно, будет иметь значение для целого ряда научных дисциплин, особенно в областях физики и биологии. Подобные структуры также могут быть образованы неодушевленными молекулами, такими как заряженные частицы или органеллы в клетке.

До сих пор ученые давали несколько различных объяснений тому, почему людские толпы и другие активные системы естественным образом самоорганизуются в полосы движения, но ни одна из этих теорий не была проверена. Команда Bath использовала новый аналитический подход, вдохновленный теорией броуновского движения Альберта Эйнштейна, которая позволяет делать прогнозы, которые можно проверить.

Воодушевленные тем, как их теория согласуется с численным моделированием сталкивающихся частиц, они затем объединились с профессором Богданом Бачиком - экспериментатором из Академии физического воспитания в Катовице, Польша - и провели серию экспериментов (таких как тот, что был смоделирован на Кингс-Кросс) с использованием человеческих толп.

Ведущий автор доктор Карол Бачик сказал: "Формирование полосы движения не требует сознательного мышления - участники эксперимента не осознавали, что они выстроились в четко определенные математические кривые.

"Порядок возникает спонтанно, когда две группы с разными целями пересекаются в переполненном пространстве и пытаются избежать столкновения друг с другом. Совокупный эффект множества индивидуальных решений непреднамеренно приводит к образованию полос движения".

Исследователи также проверили влияние навязанных извне правил дорожного движения, а именно, они проинструктировали участников обгонять других справа. В соответствии с теоретическим прогнозом добавление этого правила изменило структуру полосы движения.

"Когда пешеходы предпочитают поворачивать направо, полосы движения в конечном итоге наклоняются, и это вызывает разочарование, которое замедляет движение людей", - сказал доктор Бачик.

"То, что мы разработали, - это аккуратная математическая теория, которая прогнозирует склонность к образованию полос в любой данной системе", - сказал профессор Роджерс, добавив: "Теперь мы знаем, что существует гораздо больше структур, чем считалось ранее".