01.04.2016

Обнаружены коллективные эффекты в поведении физиков-теоретиков

Давно известно, что физика может эффективно описывать поведение большого коллектива объектов — при условии, что эти объекты однотипны и примитивны. Законам статистической физики подчиняются даже некоторые биологические системы, например культура бактерий. Недавно мировую общественность всколыхнула публикация, демонстрирующая, что эти условия — однотипность и примитивность — могут выполняться и для больших коллективов физиков-теоретиков. Экспериментальные данные убедительно показали, что их публикационная активность в ответ на внешний стимул представляет собой когерентный всплеск удивительно стандартной формы. Новая работа заставляет нас переосмыслить истинную природу физиков-теоретиков.

В физике есть большой раздел, изучающий поведение не отдельных объектов, а больших коллективов однотипных частиц. Такой подход особенно эффективен, когда каждый действующий агент достаточно примитивен и не выделяется среди остальных. В этом случае индивидуальные траектории и характеристики отдельных частиц становятся несущественными, а на первый план выходят коллективные типы движений и коллективные параметры. Связями между ними и занимается статистическая физика.

Самый простой пример — это обычный газ, при описании которого нас интересует не хаотичное движение отдельных молекул, а их суммарный эффект, например температура и давление. На внешнее воздействие этот коллектив тоже отзывается очень простым способом: например, в газе бежит звуковая волна. При этом отдельные частицы в коллективе не обязательно должны быть бездушными молекулами. Это могут быть и живые организмы. Главное требование — чтобы они были достаточно примитивны, и тогда их коллектив можно описывать методами статфизики.

В недавнем препринте A Theory of Ambulance Chasing исследователь Михайло Бакович (Mihailo Backovic) из Лувенского католического университета (Лувен-ла-Нёв, Бельгия) сообщает о шокирующих результатах многолетних наблюдений, которые расширяют границы применимости этого подхода. Оказывается, условие достаточной примитивности выполняется даже для вершины биологической эволюции — физиков-теоретиков, а точнее, их подвида, специализирующегося на элементарных частицах. Его исследование показало, что коллектив этих действующих агентов может достичь состояния максимальной информационной когерентности — и тогда любое внешнее воздействие на него будет приводить к однотипному отклику, описываемому в терминах пуассоновского процесса и подчиняющемуся простым формулам.

Основанием для такого вывода послужили несколько экспериментов, которые сама природа провела с теоретико-физическим сообществом. За последнее десятилетие в мире элементарных частиц несколько раз возникали неожиданные сенсации, когда экспериментаторы объявляли об обнаружении неизвестного ранее эффекта. Это, например, сверхсветовые нейтрино на OPERA, сообщение BICEP2 о регистрации первичных гравитационных волн и совсем недавний пример — загадочный двухфотонный пик, найденный на Большом адронном коллайдере.

Измерения показали, что вслед за каждым таким внешним воздействием в среде физиков-теоретиков возникал однотипный коллективный отклик — всплеск публикационной активности характерного профиля (см. рисунок). Графики здесь показывают число публикаций, посвященных очередной сенсации, как функцию времени. Высота всплеска и период затухания зависели от интенсивности стимула, но профили повторяли друг друга. Всё разнообразие откликов сводилось к двум типам поведения — со степенным и экспоненциальным угасанием интереса; их примеры приведены на рисунке.

Надо сказать, что примеры спонтанно слаженного поведения среди достаточно развитых животных были известны и раньше, см., например, новость «Чувство кворума»: принятие коллективных решений в макро- и микромире. Но сейчас смазывание индивидуальных степеней свободы в примитивный коллективный отклик было продемонстрировано для объектов, которые традиционно считались невычислимо сложными.

В свете новых данных возникает очень любопытный вопрос: что и с какой целью производит коллектив физиков-теоретиков в спокойное время, в отсутствие внешнего стимула? Здесь тоже есть параллели из биологии. Например, совсем недавно было открыто, что полимераза POLA1 в свободное от основной работы время синтезирует «нуклеиновый белый шум», короткие безвредные ДНК:РНК-комплексы, и наполняет ими цитоплазму. Этот молекулярный шум нужен для того, чтобы не допускать ложного срабатывания внутриклеточной иммунной реакции; без него клетка, да и весь организм, начинает генерировать беспричинный иммунный ответ.

Может быть, такой же механизм работает и в коллективах физиков-теоретиков? Уже давно накапливаются свидетельства в пользу того, что в спокойное время публикационная активность теоретиков хорошо описывается информационным белым шумом. Но если раньше цель этой деятельности была непонятна, то теперь можно предположить, что она направлена как раз на подавление ложного коллективного отклика. Действительно, если коллектив реагирует мощным публикационным всплеском на любое внешнее сообщение, то значит, он находится в критическом состоянии и готов генерировать такие всплески самопроизвольно, без какого-либо стимула. Публикационный шум требуется самому коллективу для подавления такой гиперчувствительности и удержания себя в мало-мальски адекватном русле.

Все эти волнующие предположения исследователям еще только предстоит проверить. К счастью, статистическая выборка большая и постоянно пополняется новыми элементарными агентами. Так или иначе, новая работа изменяет наш взгляд на природу и эволюцию физиков-теоретиков: мы наткнулись на какие-то глубинные законы, управляющие их поведением и переводящие их в состояние максимальной индивидуальной простоты и коллективной когерентности.

Источник: Mihailo Backovic. A Theory of Ambulance Chasing // е-принт arXiv:1603.01204 (2016).

Игорь Иванов

Источники:

1. elementy.ru