Критическая масса. Как одни явления порождают другие

Вплоть до конца 1980-х годов не существовало приемлемого объяснения поведения птичьих стай, если не считать попытки (в 1930-х годах) связать его со столь же неясной концепцией передачи мысли. Первая серьезная научная теория возникла лишь в 1984 году, когда Уэйн Поттс из университета штата Юта предположил, что действия стаи инициируются отдельными особя- ми-«подстрекателями», движениям которых подражают остальные птицы, в результате чего возникает сигнал, распространяющийся по стае в виде некоторой «волны поведения». Поттс основывал свои выводы на анализе киносъемки стаи птиц (чернозобиков) в местечке Пиджет-Саунд и утверждал, что irfицы следят за распространением такой волны и согласуют с ней сво* действия, подобно тому как отдельные певцы согласуют свои партии прі- исполнении сложного произведения для хора. Однако это объяснение представляется малоубедительным хотя бы потому, что предлагаемые Поттсом волны должны, по теории, распространяться очень быстро, вследствие чегс каждая птица должна замечать и учитывать поведение не только ближайших но и удаленных членов стаи. Это представляется невозможным вследствие ограниченных умственных возможностей птиц, которых, по мненик специалистов, совершенно недостаточно для обеспечения согласованных действий. Вот и хоровое пение основано на сложной музыкальной теории понятной далеко не каждому. Научное описание коллективного поведение живых особей настойчиво требовало новых идей, и они были предложены но не биологами, а физиками!

МАРИОНЕТКИ НЬЮТОНА

Ученые разных специальностей стремятся описывать явления в рамка? терминов и понятий, характерных для собственной науки, вследствие чегс поведение животных зоолог будет описывать в терминах индивидуальных особенностей, молекулярный биолог предпочтет начать описание с генетических факторов и т.д. С другой стороны, для физиков естественж описывать любую систему с точки зрения взаимодействий составляющих е< элементов, в качестве которых могут выступать атомы, электроны, кварю- или молекулы газа. Впрочем, одно утверждение представляется заведомс разумным: поведение птиц в стае является настолько сложным, что не мо жет быть сведено к генетической программе, заложенной в каждую из ни> при рождении.

Строго говоря, Крейг Рейнольдс не был физиком — он работал специалистом по программному обеспечению в калифорнийской фирме Symbolics В 1987 году Рейнольдс заинтересовался проблемой коллективного поведение птиц и начал решать ее не на основе феноменологического подхода, харак терного для биологии, а исходя из строгих физических и математическиз аксиом и представлений. Наблюдая за поведением стаи птиц на местнол кладбище, он попытался выявить его закономерности. Позднее он писал < своих наблюдениях: «Все свидетельствовало о том, что поведение стаи яв ляется просто следствием действий отдельных особей, каждая из которы: вела себя индивидуально, но с учетом локального восприятия окружающей мира»⁴. В этой фразе содержится ключ к решению проблемы, сводящийся к словам локальное восприятие. Отдельная птица действительно не може проследить и проанализировать поведение всех других птиц в стае, но он вполне способна очень быстро реагировать на любые изменения в ближай шем окружении.

Основываясь на этой идее, Рейнольдс составил компьютерную программу, описывающую поведение системы, каждый частица которой в своих действиях подчинялась лишь трем простым правилам, связанным с информацией о поведении ближайших частиц. Ему даже показалось несправедливым называть создаваемые чувствительные и восприимчивые элементы простым термином «частица», поэтому он придумал для них специальное имя «бойд», как бы объединяющее птиц (bird) с дройдами (droid), персонажами из научной фантастики. Каждый бойд взаимодействует только с бойдами из ближайшего окружения (это окружение логично именуется локальной сферой). Правила движения бойдов очень просты: каждый из них подгоняет значение своей скорости к средней скорости движения бойдов в локальной сфере, избегает при этом столкновений и пытается сместиться в сторону центра масс сферы[55]. Приведенные условия регулирования скорости и направления движения эквивалентны правилам когезии (слипания), поскольку они способствуют постепенному сближению траекторий полета соседних бойдов. Особо отметим, что ни одно из условий никоим образом не задает общего поведения всей стаи бойдов, т. е. в правила не встроена тенденция к формированию согласованного движения стаи.