作者:海因里希-海涅大学杜塞尔多夫分校阿恩·克劳森
集体自我优化的例子(a):帝企鹅的社会温度调节模式，它们充当热源(红色)，同时向理想温度移动(绿色箭头)
(b)接近集体理想状态的32只企鹅(绿色圆盘)平衡配置的鸟瞰图
黑线是等温线，而暗红色阴影代表高温
信用:HHU /亚历山德拉五世
赞佩塔基 来自海因里希·海涅大学杜塞尔多夫分校(HHU)的一个研究小组已经与达姆施塔特大学和一个位于加青的MPI合作，研究交流活性粒子的群动力学
这些粒子始终专注于自我优化
通过始终努力保持自己的个人舒适，他们也帮助其他小组成员
正如研究人员在《美国国家科学院院刊》上描述的那样，这种自我优化是一种常见的多体现象，可能发生在企鹅和细菌身上
企鹅在南极与寒冷作斗争，为了互相取暖而聚集在一起
但是如果它们靠得太近，就会过热
因此，当企鹅彼此保持很小的距离时，它们会达到一个理想的温度，但不会太小
每只企鹅都按照自己的利益行事，精确地朝着温度上升或下降最大的方向移动
这是一个多体系统交流活性粒子或“互动代理”的例子
“来自HHU、达姆施塔特技术大学和加青马克斯·普朗克外星物理研究所的研究人员希望更好地理解如何描述这些多体系统，因为许多其他系统可能使用类似的自优化原理
与第一作者Dr
来自HHU第二理论物理研究所的亚历山德拉·赞佩塔基现在发现，正是这种个人私利为整个群体创造了一个理想的环境，所有的企鹅都有完美的温度
物理学家使用了一个全新的模型来描述能够自动控制运动方向的活性粒子
这些粒子通过感知一种共同可用的资源来相互交流，这种资源可以被抽象地描述为“标量场”——例如温度场
电场的作用是粒子向最有利于它们达到理想状态的方向运动
研究人员还发现，与磁场的相互作用会自动导致粒子之间的“三体作用力”或“三重作用力”
虽然自然界中所有的基本力——如引力和电磁库仑力——都是粒子对之间的一对力，但只有当三个粒子同时存在时，三重力才会出现
这些三重态力是理解交流活性粒子集体动力学的关键
“几乎所有的基本物理定律都可以被描述为一个最小化问题，例如，总能量变得最小，”教授解释说
博士；医生
哈特穆特·勒文，HHU研究所所长
“相比之下，我们检查的系统中没有最小化
取而代之的是达到理想区域的优化
“这允许一种最终对所有人都有利的内部群体动力，尽管这种动力是由自身利益驱动的
这种行为导致了有序的、非周期性的配置，其中邻居较少的代理站得更近，以保持彼此温暖——就像企鹅一样
教授
博士；医生
达姆施塔特大学的本诺·利布钦补充道:“企鹅之间通过一个集体创造的领域进行的互动让人想起了有多少微生物在交流
例如，消耗氧气的细菌原则上可以使用类似的优化原理来获得最佳氧气浓度，而不必协调它们的行为
" 博士；医生
扎姆佩塔基总结道:“我们发现的优化原理在物理学和生物学之间架起了一座桥梁，并展示了简单交流规则的定量建模如何导致基于普通配对互动无法实现的现象
"
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