Collectieve dynamiek is alomtegenwoordig in de natuurlijke wereld. Van neurale circuits tot diergroepen, er zijn talloze gevallen waarin de interacties tussen grote aantallen elementaire eenheden verrassend complexe patronen van verleidelijke schoonheid aan het collectief schenken. Een van de al lang bestaande doelen van onderzoekers op veel gebieden is om het gedrag van een grote groep individuele eenheden te begrijpen door de acties van een enkele eenheid te volgen. Een ornitholoog kan bijvoorbeeld veel leren over het gedrag van een kudde door slechts één enkele vogel te observeren.

Van grotere moeilijkheid is het begrijpen van de grootte van een verzameling eenheden door een enkele eenheid te observeren. Hoeveel vogels men ook tagt met monitoringapparatuur, men kan er nooit zeker van zijn de hele kudde te hebben gemerkt. Maar hoewel het vermogen om de grootte van een collectief te berekenen op basis van individueel gedrag een belangrijk hulpmiddel zou zijn voor elk vakgebied, zijn er maar een handvol recente artikelen die proberen het schijnbaar onoplosbare probleem aan te pakken.

In een nieuw gepubliceerde studie die verschijnt in Communications Physics , onderzoekers onder leiding van Maurizio Porfiri, instituutshoogleraar mechanische en ruimtevaarttechniek en biomedische technologie, en lid van het Center for Urban Science and Progress (CUSP) aan de NYU Tandon School of Engineering; en Pietro De Lellis van de Universiteit van Napels, Italië, bieden een paradigma om dit probleem op te lossen, een model dat voortbouwt op voorschriften die terug te voeren zijn op het werk van Einstein.

Door een systeem van zelfrijdende Vicsek-deeltjes te observeren - een wiskundige conceptualisering van beweging en zwermen van deeltjes - als een universeel model voor collectieve dynamica, laten ze zien dat de groeisnelheid van de gemiddelde vierkante kop van elk deeltje voldoende is om de aantal deeltjes in het systeem onder bepaalde parameters, zoals een bekende en constante temperatuur.

In grote lijnen biedt de studie een rigoureuze, wiskundig ondersteunde methode om de grootte van een realistisch collectief af te leiden uit metingen van enkele van zijn eenheden, waarvan de willekeurige beweging de voetafdrukken van het hele systeem bevat. De theoretische onderbouwing van de methode levert verder bewijs voor de door Einstein geïdentificeerde analogieën tussen interdisciplinair onderzoek naar het collectieve gedrag van diergroepen en moderne fysica. Toekomstig werk in deze geest kan echte collectieven bestuderen, van insectenzwermen tot vogelzwermen, visscholen en mensenmassa's. + Verder verkennen

Een doorbraak in het schatten van de grootte van een (meestal verborgen) netwerk