Ученые из Массачусетского технологического института (MIT) разработали математическую модель, объясняющую, почему в одних случаях толпа движется упорядоченно, образуя четкие линии, а в других — превращается в хаотичное мельтешение.

Исследование, опубликованное 24 марта в журнале PNAS, может помочь архитекторам и градостроителям проектировать более безопасные и удобные общественные пространства

От гидродинамики к поведению толпы
Команда под руководством математика Кароля Бачика использовала уравнения гидродинамики для моделирования движения людей в различных условиях. Ученые рассматривали толпу как непрерывный поток, что позволило выявить общие закономерности без учета индивидуальных особенностей каждого человека.

"Если рассматривать толпу как единый поток, а не как отдельных людей, можно применять методы, аналогичные описанию жидкостей", — объяснил Бачик.

Ключевой фактор — "угловой разброс"
Исследователи обнаружили, что главным фактором, определяющим порядок в толпе, является "угловой разброс" — разница в направлениях движения людей.

- В узких пространствах (коридорах, тротуарах), где большинство движется в двух противоположных направлениях, люди автоматически выстраиваются в упорядоченные линии.

- В открытых зонах (площадях, аэропортах), где пешеходы движутся под разными углами, возникает хаос, так как людям приходится постоянно огибать друг друга.

Критический порог упорядоченности, согласно модели, составляет 13 градусов. Если средний разброс направлений движения превышает этот угол, толпа теряет организованность и становится хаотичной.

Эксперимент в спортзале
Чтобы проверить теорию, ученые провели эксперимент с участием добровольцев. Люди перемещались по спортзалу между заданными точками, а камеры фиксировали их траектории. В 45 испытаниях исследователи подтвердили, что при угловом разбросе около 13 градусов упорядоченные линии сменяются беспорядочным движением. Кроме того, выяснилось, что в хаотичных потоках люди вынуждены снижать скорость на 30%, чтобы избежать столкновений.

Применение в реальном мире
Бачик и его коллеги надеются, что их работа поможет оптимизировать проектирование общественных пространств. Например, можно будет заранее предсказывать, где появятся пробки или опасные скопления людей. "Наше исследование дает простые рекомендации для архитекторов: если нужно обеспечить безопасный и эффективный поток людей, стоит учитывать угловой разброс направлений движения", — отметил ученый.

Следующий шаг — анализ реальных видеозаписей толп в городах, чтобы уточнить модель. Возможно, в будущем математические расчеты помогут сделать мегаполисы более комфортными для пешеходов.