Mokslininkai aptiko elegantišką matematinį sprendimą problemai, kuri ilgą laiką kėlė abejonių klasikinei mechanikai: kodėl paukščių pulkai, bakterijų sankaupos ar žmonių minių judėjimas, kuriame sąveika yra vienpusė, atrodo prieštaraujantis trečiajam Niutono dėsnio principui?
Kas kelia problemą
Trečiasis Niutono dėsnis teigia, kad sąveikos tarp dviejų kūnų vyksta abipusiškai: jėgos yra lygios dydžiu ir priešingų krypčių. Tačiau stebint pulkus aiškėja kitaip: individai reaguoja tik į tuos savo gentainius, kurie yra priešais arba šalia, tuo tarpu į tuos, kurie skrenda iš paskos, praktiškai nekreipiamas dėmesys. Toks vienpusio reagavimo modelis fizikoje vadinamas nesimetrine sąveika ir iki šiol buvo ypač sudėtingas tiksliai aprašyti klasikine teorine mechanika.
Teorinė inovacija
Tarptautinė tyrėjų grupė, vadovaujama Marinos Bukovos ir Rodericho Messnerio iš Maxo Plancko sudėtingų sistemų fizikos instituto, pasiūlė sprendimą, kuris leidžia „įvesti tvarką“ į nesimetrines sistemas. Pagrindinė idėja – papildomų dirbtinių kintamųjų įtraukimas į matematinę schemą. Biofizikas Ricardas Alertas pasiūlė kiekvienam realiam objektui priskirti virtualų „partnerį“, skrendantį priešinga kryptimi. Nors šie partneriai gamtoje neegzistuoja, kaip matematinis įrankis jie paverčia vienpusę sąveiką abipuse.
Tokia transformacija leidžia taikyti ilgai išbandytus klasikinius mechanikos metodus ir formules, kurios reikalauja simetrijos. Tyrimo autoriai savo požiūrį išdėstė ir įrodė žurnale Nature Physics (DOI: 10.1038/s41567-026-03317-0).
Ką tai reiškia biologijai ir technologijoms
Atsiradus galimybei tiksliau modeliuoti nesimetrines sąveikas, atsiveria platesnės taikymo galimybės: nuo paukščių ir žuvų pulkų dinamikos iki bakterijų kolonijų ar žmonių srautų modelių miestuose. Tikslesni modeliai padės geriau suprasti kolektyvinio elgesio priežastis, prognozuoti kritinius režimus ir kurti efektyvesnes valdymo strategijas, pavyzdžiui, evakuacijos planavimui arba autonominių dronų sąveikai.
Be to, autoriai svarsto, ar tokios metodologinės permainos gali atverti kelią naujų kolektyvinių elgesio formų tyrimui kvantinėje materijoje. Jei pavyks adaptuoti virtualių partnerių idėją kvantiniams sistemoms, tai galėtų turėti ilgalaikių pasekmių kvantinių medžiagų valdymui ir ateities technologijoms.
Tolimesni darbai greičiausiai orientuosis į matematinį metodo tobulinimą, eksperimentinius patvirtinimus skirtingose biologinėse sistemose ir galimų techninių taikymų tyrimą. Šis atradimas yra svarbus žingsnis, leidžiantis peržengti tradicinės mechanikos ribas ir suprasti sudėtingas, iš pirmo žvilgsnio „nesimetriškas“, tačiau gamtoje plačiai paplitusias sąveikas.
Martyna Baranauskaitė – autorė, rengianti skaitytojams aktualų ir įdomų turinį įvairiomis temomis. Jos straipsniuose daug dėmesio skiriama aiškumui, informatyvumui ir sklandžiam pateikimui, kad skaitytojai greitai rastų naudingą ir suprantamai pateiktą informaciją.