鸟群缘何像液氦

成群的八哥飞过罗马市区。图像来源:ISC*电视台

一群八哥整齐划一地在天空飞翔。队列中的每只椋鸟都像舞蹈表演一样飞舞。每只椋鸟似乎都清楚何时何地改变飞行方向。现在，研究人员第一次测量了信息是如何在椋鸟之间传递的——这是一种类似于液氦的量子现象的行为。

“这是第一次深入了解鸟类群体为何能如此和谐地移动的研究之一。”瑞典乌普萨拉大学的大卫·萨姆特没有参与这项研究，他说。椋鸟飞行如此奇妙和稳定的原因一直困扰着研究者和鸟类观察者。在20世纪30年代，鸟类学家埃德蒙·塞洛斯甚至建议椋鸟通过心灵感应相互合作。后来，研究人员开始使用数学模型来提出更科学合理的想法。

20世纪90年代，匈牙利罗兰大学的物理学家塔马斯·维克塞克提出了最成功的模型之一。这个模型是基于这样一个原则，即每只八哥和它的邻近鸟都朝一个方向飞行。如果一只鸟飞向右边，它的邻居鸟会和它保持一致。尽管该模型很好地再现了鸟类群体的许多特征，例如它们如何敏感地适应随机排列的队形。但是现在，研究人员发现该模型并没有准确描述鸟类如何转向。

由来自罗马复杂系统研究所的物理学家安德里亚·卡瓦格纳和阿斯贾·耶里奇领导的团队通过高速摄像机捕捉椋鸟在当地火车站附近飞行时的飞行姿态，并使用录像机上的跟踪软件精确地找出每只椋鸟何时何地转向，以及它们在决定穿过整个群体时如何遵循信息指令。数据显示，当几只椋鸟发出转弯的信息后，它将以每秒20-40米的速度穿过整群椋鸟，这意味着对于一群400只椋鸟来说，改变方向只需要半秒多一点的时间。

Cavagna表示，新的研究结果与Vicsek模型相反。他解释说，维克斯模型认为这种信息指令会消散。如果这一假设是正确的，并不是所有的鸟都能得到信息并及时转身，所以鸟的运动不会是一致的。

新的模型还预测，如果鸟类团队以非常有序的方式排列，信息将会传递得更快。有趣的是，Cavagna说，从数学角度来看，新模型非常类似于描述液氦的方程。正如量子物理定律所描述的，当液氦冷却到接近绝对零度时，它将变成没有粘性的液体。在这种超流体中，每个原子都处于相同的量子态。从数学上来说，这种凝聚态与椋鸟非常相似。Sumpter说，该理论也可以应用于其他类似的群体行动，如鱼群或移动细胞组合。

(冯李飞译自www.science.com，7月27日)

中国科学新闻(2014-07-29第二版国际版)