@ 2014.07.28 , 15:38
19

鸟群的变向模式与超流体液氦有共通之处

[-]

鸟群在空中飞舞是很壮观的景象,每一只鸟几乎在同时改变方向,好像是精心编舞的舞蹈。现在科学家终于解开了鸟群的瞬时转向之谜——这和液氦的某种特殊量子现象是一样的。

“这是目前第一个详细研究群体是如何统一运动的研究项目。”瑞典乌普萨拉大学的David Sumpter表示,他没有参与这项研究。

鸟群惊人的同步性一直以来都困惑着研究人员和鸟类观察爱好者们。30年代的时候,鸟类学家Edmund Selous甚至还提出鸟类这样优秀的协作性靠的是心灵感应。从那时起到至今,研究人员利用数学模型,一直在提出更为完善的理论。

90年代时,位于匈牙利布达佩斯的罗兰大学的一名物理学家Tamás Vicsek提出了一种更好的模型,这个模型设定为所有的鸟飞行方向和邻近的鸟相同。如果其中一只鸟向右飞,邻近它的鸟也会和它方向对齐。但是一个由意大利和阿根廷的研究人员组成的科研团队发现这种理论还不能准确描述鸟群转向的具体细节。

研究团队的领导人是罗马复杂系统研究院的Andrea Cavagna 和 Asja Jelic ,团队用高速摄像机拍下了罗马当地一个火车站附近椋鸟群的飞行视频。利用追踪软件对视频进行跟踪,研究团队能够分辨出鸟群中哪些鸟做出了变向的决定,以及变向的精确时间,这些信息可以追踪鸟群中变向这个决定信息传播的方式。根据追踪数据显示,变向的决定最初是由头鸟做出,随后在鸟群众以恒定速度,约20米-40米/秒的速度传播。就是说,一个有400只鸟的鸟群,整体变向只需要半秒多一点的时间。

“这真是测量技术上的绝技。”印度海拉得巴市塔塔跨学科基础科学研究中心的Sriram Ramaswamy表示,他本人没有参与研究。

结果显示鸟群的变向信息传播模式与Vicsek的模型相矛盾,Cavagna表示。他解释说在Vicsek的模型会产生信息丢失,如果鸟群是靠这种方法传递信息,那么不是所有的鸟都能及时得到信息,也就不能整齐地飞行了。

团队认为鸟群中的鸟并非靠复制邻近鸟的飞行方向,复制的其实是邻近鸟的转向幅度。研究人员用数学方法推导出了转向这个动作是如何在鸟群众传播的。他们假设每只鸟有一名为“自旋”的属性,这个自旋和物理学里基本粒子的自旋类似。通过比对彼此的自旋,鸟类可以保存整个鸟群的总自旋。所以,方程式显示转向信息会以恒定速度在鸟群中扩散,就和之前研究人员观察到的现象一样。就是靠着这种传播速度,每只鸟才能做到几乎在同时转向。研究团队的研究发表在7月27日的《自然物理学》期刊上。

新的模型显示信息传播的速度比鸟群对齐的速度更快——这也是团队观察到的另外一个现象。其它模型并没有指出这层关系,也没有对其进行解释。

Cavagna还指出,新模型和描述超流体氦的方程式相同。当温度接近绝对零度时,氦会变成一种完全没有任何粘性的超流体,此时的超流体由量子物理学法则支配。超流体中每一个原子都具有相同的量子态,刚好和鸟群具有数学上的相似性。

超流体液氦的性质:

本文译自 Sciencemag,由译者 王大发财 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


给这篇稿打赏,让译者更有动力
支付宝打赏 [x]
您的大名: 打赏金额:

4.6
赞一个 (1)

TOTAL COMMENTS: 19+1

  1. skyriver
    @3 years ago
    2492807

    量子理论也适用于鸟?这是物理学界的重大发现啊。

    [15] XX [1] 回复 [0]
  2. 2492808

    不明觉厉,我本人也没有参加研究

    [19] XX [0] 回复 [0]
  3. 2492811

    看了半天,不知道有什么实际意义

  4. Infire
    @3 years ago
    2492814

    研究鸟有个氮用!

    [88] XX [3] 回复 [0]
  5. 2492817

    大家都看不懂,所以不敢留言了!

  6. 撸得手发酸
    @3 years ago
    2492818

    发生意外时围观的群众总是围成一个圆

  7. 2492820

    研究氮有个鸟用!

    [62] XX [3] 回复 [0]
  8. 对方水电费
    @3 years ago
    2492823

    飘过 且行且珍惜啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊

  9. Bring_Apocalypse
    @3 years ago
    2492826

    超流体本就是二级相变下的物质形态,没有粘着力不属于传统的牛顿流体,当然不能当做整体看待,这点和鸟群是类似的,即 鸟和单个粒子都具有独立于整体又受整体(周围粒子(鸟))的影响(如碰撞等)可以参考朗道先生的热力学原理……

    [26] XX [1] 回复 [0]
  10. 2492874

    该论点的前题是鸟群必须有个头领,成千上万的鸟都绝对唯鸟首是瞻—-这是不可能成立的。
    从来没人观察到鸟群头领及头领的选拔过程。

  11. 2492875

    这可以用在google那个自动驾驶汽车上啊,想想一下吧,一群自动驾驶汽车在路上开,一会儿排成人字一会儿排成一字,呼地一下,都掉头了

    [18] XX [2] 回复 [0]
  12. forvord
    @3 years ago
    2492928

    转向信息由头鸟产生,每只鸟都自动同步附近鸟的飞行方向,于是统一产生了转向。

  13. 蹲得脚发麻
    @3 years ago
    2492965

    @: 你们俩连蛋带鸟一起搞不就好了

  14. 2492968

    那个永恒喷泉可以用于制造永动机啊

  15. 羽蛇神的回归
    @3 years ago
    2493007

    @Infire: @: 喂喂,说的是氦好么……

  16. Bring_Apocalypse
    @3 years ago
    2493014

    @lanma: 呵呵 你觉着呢~能从你的身体利川过去的流体……ps 再提永动机之前,请仔细阅读热力学四条定律

  17. 刻骨铭SUN
    @3 years ago
    2493405

    @Infire: 神回复

  18. 一记老拳
    @3 years ago
    2493488

    立体无人机群共计模式

  19. 2493541

    莫名有一种小学生很多的感觉.

发表评论


24H最赞