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研究发现物理系统和生物系统之间的相似性可能比我们想象的要大

导读一群人或一群鸟与物质中的原子具有不同的特性,但当涉及到集体运动时,这些差异并不像我们想象的那么重要。我们可以尝试根据用于粒子的相同...

一群人或一群鸟与物质中的原子具有不同的特性,但当涉及到集体运动时,这些差异并不像我们想象的那么重要。我们可以尝试根据用于粒子的相同原理来预测人类、鸟类或细胞的行为。

这是发表在《统计力学:理论与实验》杂志(JSTAT )上的一项研究的发现,该研究由一个国际团队进行,其中包括波士顿麻省理工学院和法国国家科学研究院的合作。该研究基于材料物理学,模拟了导致“自推进剂”(如生物剂)从无序状态突然转变为协调状态的条件。

“从某种意义上说,鸟类就是飞行的原子,”这项研究的作者之一、麻省理工学院生物物理学家 Julien Tailleur 解释道。“这听起来可能很奇怪,但事实上,我们的主要发现之一是,行走的人群或飞行中的鸟群的运动方式与粒子的物理系统有许多相似之处。”

Tailleur 解释道,在集体运动研究领域,人们一直认为粒子(原子和分子)与生物元素(细胞,还有整个有机体群体)之间存在质的差异。人们尤其认为,从一种运动类型到另一种运动类型的转变(例如,从混乱到有序流动,称为相变)是完全不同的。

在这种情况下,物理学家面临的关键差异与距离概念有关。在空间中与许多其他粒子一起移动的粒子主要根据它们之间的距离相互影响。然而,对于生物元素来说,绝对距离并不那么重要。

“以鸽群中飞行的一只鸽子为例:对它来说,重要的并不是所有离它最近的鸽子,而是它能看到的鸽子。”事实上,根据文献记载,由于认知的限制,在它能看到的鸽子中,它只能跟踪有限数量的鸽子。

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