물리학자들은 물고기에도 관심이 있습니다. 특히 구조 형성을 연구할 때 더욱 그렇습니다. 뒤셀도르프 하인리히 하이네 대학교(HHU)와 브리스톨 대학교(영국)의 연구팀은 다중 입자 물리학 분야의 방법을 사용하여 얼룩말 다니오(Danio rerio, "zebrafish"라고도 함)의 학교 생활 행동을 조사했습니다. 그들은 단지 세 마리의 물고기 그룹이 이미 큰 떼와 비슷한 방식으로 움직이는 반면, 두 마리의 물고기는 완전히 다른 행동을 보인다고 설명합니다.
3인 군중이라는 말은 삼수관이나 삼총사에게만 적용되는 것은 아닌 것 같다. 원색이나 공간 차원과 같은 다양한 과학적 현상에서는 세 가지 옵션으로도 다양한 상태를 특성화할 수 있습니다.
이제 물리학자들은 다양한 대규모 생물 집단이 어떻게 행동하는지 조사해 왔습니다. 그들은 개별 구성원의 움직임 패턴이 변화하고 조화로운 그룹 움직임이 되기 위해 필요한 최소 그룹 크기를 알고 싶었습니다. 그리고 실제로 3이 제브라피시의 핵심 숫자인 것 같습니다.
물리학자들은 제브라피시의 3차원 수영 궤적을 측정하기 위해 동기화된 카메라를 브리스톨에 있는 수족관에 설치했습니다. 그들은 물고기 2마리, 3마리, 4마리, 50마리 등 다양한 그룹 규모에 대해 이러한 궤적을 체계적으로 기록했습니다.
다음 단계에서 그들은 수영 궤적에서 질서의 사례를 찾았습니다. 그들은 다양한 움직임 패턴을 발견했습니다. 물고기는 모두 같은 방향으로 헤엄쳤거나 함께 원을 그리며 헤엄쳤습니다. 같은 방향으로 움직일 때 그들은 나란히 헤엄치거나 차례로 헤엄쳤습니다.
고립된 한 쌍의 물고기는 차례로 움직이는 것을 선호합니다. 한 물고기는 앞서고 다른 물고기는 따라갑니다. 하지만 세 마리의 물고기가 나란히 헤엄치고 있습니다. 그들 중 누구도 꼴찌가 되고 싶어하지 않는 것 같습니다. 그리고: 나란히 헤엄치는 습관은 큰 물고기 떼의 특징이기도 합니다.
그런 다음 연구자들은 대규모 학교 내의 소규모 하위 그룹도 표시했습니다. 그들은 학교 내에서 3명으로 구성된 그룹이 3명으로 구성된 고립된 그룹과 매우 유사한 방식으로 이동한다는 사실을 확인했습니다. 그러나 두 명의 이웃만 표시한 경우에는 학교에서 고립된 쌍으로 행동했을 때와 다르게 행동했습니다.
뒤셀도르프(현재 비엔나)의 Alexandra Zampetaki 박사는 Yushi Yang 박사와 공동 저자로 현재 자연 통신, "실질적으로 세 마리의 물고기가 떼를 이루지만 두 마리로는 충분하지 않습니다."
“이 간단한 발견은 처음에는 제브라피시에만 적용되었습니다. 그러나 이 개념은 동물군의 다른 사례에도 적용될 수 있습니다.”라고 현재 파리 EPSCI에서 근무하고 있는 브리스톨 대학의 교신 저자인 C. Patrick Royall 교수는 말합니다. "여기에는 금붕어나 정어리와 같은 다른 물고기 떼뿐만 아니라 찌르레기의 웅얼거림과 같은 새 떼, 춤추는 모기와 같은 곤충 떼도 포함됩니다."
공동 연구 프로젝트에 대한 아이디어는 Royall 교수가 여러 차례 방문하는 과정에서 떠올랐습니다.
"쌍 및 삼중 상관과 같은 유체 이론의 전통적인 방법과 개념을 물고기에 적용하는 것은 새로운 도전이었습니다. 이러한 개념은 열역학적 평형에서 유래하고 살아있는 물고기 떼는 평형 상태와는 거리가 멀기 때문입니다."라고 말합니다. Löwen, HHU 이론물리학 II 연구소 소장.
다체 효과에 대한 기본적인 분류는 뒤셀도르프에서 이루어졌습니다. 또한 Alexandra Zampetaki 박사는 물고기 궤적을 시뮬레이션했습니다. “우리는 물고기의 수영 동작을 사실적으로 시뮬레이션할 수 있도록 모델을 수정했습니다. 시뮬레이션을 통해 '세 명이 학교를 구성한다'는 실험 결과가 확인되었습니다.”
연구진은 미래를 내다보며 연구 결과를 사람들의 집단 행동과 파티나 대규모 모임 등에서 사람들이 행동하는 방식에 적용하는 것을 목표로 하고 있습니다. Löwen은 "우리는 숫자 3의 단순 극한도 적용되는지 알아볼 것입니다."라고 말합니다.