法国科学家揭秘人群集体振荡之谜

法国科学家揭秘人群集体振荡之谜

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来源

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http://jandan.net/p/100861

2.

https://etdlib.bnu.edu.cn/docinfo.action?id1=06edcb217e4d54ebaf1de10f28076373&id2=RD5iNSgBQZo%253D

3.

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28114301/

4.

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%8C%89%E5%91%BD%E5%90%8D%E4%BA%BA%E7%BC%A9%E5%86%99%E6%8E%92%E5%88%97%E7%9A%84%E6%A4%8D%E7%89%A9%E5%91%BD%E5%90%8D%E4%BA%BA%E5%88%97%E8%A1%A8

近日，法国里昂高等师范学院的Denis Bartolo及其研究团队在国际权威学术期刊《自然》上发表了一项突破性研究，揭示了人群集体振荡的物理原理。这项研究不仅深化了我们对人群动力学的理解，还为预防拥挤环境中的危险行为提供了新的思路。

在现代社会中，密集人群是潜在的危险环境之一。当人群失控移动时，可能会导致墙壁挤压、窒息甚至死亡。目前，我们对人群动力学的理解主要依赖于启发式碰撞模型，这些模型在小群体中效果良好，但对于数千人的大规模人群，仍缺乏定量的实验表征和基于基本原理的解释。

Bartolo团队通过分析西班牙圣费尔明节期间数千名密集人群的动态，揭示了一个惊人的发现：密集人群可以自发组织成宏观的手性振荡器，协调数百人的轨道运动，而无需外部引导。这种现象类似于物理学中的"钟摆效应"，即在特定条件下，大量独立的振荡单元会自发同步，产生宏观的振荡模式。

研究团队通过测量和对称性原理，构建了一个密集人群运动的机械模型。该模型表明，新兴的奇摩擦力驱动了一个非互易相变，导致集体手性振荡，完美捕捉了所有实验观察结果。

这种集体振荡现象并非人类独有。2017年发表在《自然》杂志上的一项研究发现，高密度细菌悬浮液中也会出现类似的集体振荡。数百万个运动细胞在没有长程耦合或固有振荡的情况下，能够自组织成高度稳健的集体振荡运动。这种弱同步机制表明，集体振荡可能是一种普遍存在的物理现象，不仅限于人类或细菌，可能在各种生物系统中都存在。

这项研究不仅对理解人群动力学有重要贡献，还为预防拥挤环境中的危险行为提供了实用策略。通过监测人群运动，可以提前预测并预防潜在的危险动态。

研究发现，当人群密度达到最大值时，数百人组成的群体可以进行持续的振荡，质量超过10吨。通过实时监测振荡频率的变化，可以有效预测密集人群中的危险大规模运动。这种监测方法不依赖于复杂的检测和跟踪算法，可以为人群安全管理提供实用工具。

此外，这项研究还可能为控制其他活性物质系统的自组织提供新策略。例如，2018年北京师范大学的一项研究试图将气体方程应用于蚁群行为的研究，虽然没有发现明确关联，但这种跨学科的研究思路为未来探索生物集群行为提供了新的方向。

这项关于人群集体振荡的研究，不仅揭示了密集人群动力学的基本原理，还展示了物理学与生物学交叉研究的广阔前景。通过深入理解这些复杂的集体行为，我们可以更好地预测和控制各种生物系统中的自组织现象，为人群安全管理和生物集群行为研究开辟新的途径。