Forskare har utvecklat ett nytt teoretiskt ramverk som möjliggör exakta simuleringar av system som fågelflockar, vilka verkar bryta mot Newtons tredje rörelselag. Tillvägagångssättet introducerar fiktiva partner för att omvandla icke-reciproka interaktioner till reciproka sådana som befintliga metoder kan hantera.
Fåglar i flockar orienterar sig endast efter grannar framför eller bredvid sig, vilket skapar interaktioner som verkar bryta mot principen om verkan och motverkan, en grundpelare inom klassisk fysik i över 300 år. Liknande mönster förekommer i bakteriesvärmar och cellgrupper, där traditionella modeller inte räcker till.
Ett team lett av Marín Bukov vid Technische Universität Dresden, i samarbete med Roderich Moessner och Ricard Alert, har introducerat extra matematiska variabler som representerar imaginära partner. För varje fågel placerar de en fiktiv motsvarighet i motsatt riktning för att återställa balansen i ekvationerna.
"Tricket bakom den nya teorin är att den skapar en partner för varje komponent i systemet – en fiktiv partner som inte existerar i naturen", förklarade Alert. Metoden möjliggör precisa simuleringar med hjälp av etablerade verktyg inom flerpartikelfysik.
Resultaten, som publicerats i Nature Physics, öppnar möjligheter för att studera kollektivt beteende i både biologiska och kvantmekaniska system. Moessner betonade potentialen i att upptäcka nya former av kvantmateria som uppstår ur sådan icke-reciprok dynamik.
