研究チームは、ニュートンの運動の第3法則に違反するように見える鳥の群れなどのシステムを正確にシミュレーションするための新しい理論的枠組みを開発した。このアプローチでは、架空のパートナーを導入することで、非相反的な相互作用を既存の手法で扱える相反的なものへと変換する。
鳥の群れは、前方や隣にいる仲間とだけ同調して行動する。この相互作用は、300年以上にわたり古典物理学の中心であった作用・反作用の法則に反しているように見える。同様のパターンは細菌の群れや細胞集団でも見られ、従来のモデルでは十分に説明できなかった。
ドレスデン工科大学のマリン・ブコフ氏が率い、ロデリッヒ・メスナー氏およびリカルド・アラート氏と共同で行った研究チームは、架空のパートナーを表す補助的な数学的変数を導入した。各個体に対して、反対方向に仮想的な対となる存在を配置することで、方程式のバランスを回復させた。
「この新しい理論の秘訣は、システム内の各コンポーネントに対してパートナーを作り出す点にあります。それは自然界には存在しない架空のパートナーです」とアラート氏は説明する。この手法により、確立された多体系物理学のツールを用いて正確なシミュレーションが可能になる。
『ネイチャー・フィジックス』誌に掲載されたこの研究結果は、生物学的システムと量子システムの両方における集団行動の研究に新たな可能性を切り開くものである。メスナー氏は、こうした非相反的なダイナミクスから生じる新しい形態の量子物質を発見できる可能性を指摘した。
