Виявлено колективні ефекти в поведінці фізиків-теоретиків

Тимчасова залежність числа публікацій у відповідь на чергову сенсацію. Показано лише деякі з наведених у статті прикладів. Верхній ряд: двофотонний пік, дибозонний сплеск, повідомлення BICEP2; нижній ряд: гамма-сигнал з центру галактики, надсвітові нейтрино на OPERA і Wjj-аномалія в детекторі CDF. Останні два графіки демонструють інший тип відгуку. Графіки з обговорюваної статті

Давно відомо, що фізика може ефективно описувати поведінку великого колективу об’єктів — за умови, що ці об’єкти однотипні і примітивні. Законам статистичної фізики підкоряються навіть деякі біологічні системи, наприклад культура бактерій. Нещодавно світову громадськість сколихнула публікація, що демонструє, що ці умови — однотипність і примітивність — можуть виконуватися і для великих колективів фізиків-теоретиків. Експериментальні дані переконливо показали, що їх публікаційна активність у відповідь на зовнішній стимул являє собою когерентний сплеск дивовижно стандартної форми. Нова робота змушує нас переосмислити справжню природу фізиків-теоретиків.

У фізиці є великий розділ, що вивчає поведінку не окремих об’єктів, а великих колективів однотипних частинок. Такий підхід особливо ефективний, коли кожен діючий агент досить примітивний і не виділяється серед інших. У цьому випадку індивідуальні траєкторії та характеристики окремих частинок стають несуттєвими, а на перший план виходять колективні типи рухів і колективні параметри. Зв’язками між ними і займається статистична фізика.

Найпростіший приклад — це звичайний газ, при описі якого нас цікавить не хаотичний рух окремих молекул, а їх сумарний ефект, наприклад температура і тиск. На зовнішній вплив цей колектив теж відгукується дуже простим способом: наприклад, у газі біжить звукова хвиля. При цьому окремі частинки в колективі не обов’язково повинні бути бездушними молекулами. Це можуть бути і живі організми. Головна вимога — щоб вони були досить примітивні, і тоді їх колектив можна описувати методами статфізики. Про один такий приклад ми писали в новині У живому конденсованому середовищі існують особливі фазові переходи («Елементи», 19.09.2008).

У недавньому препринті A Theory of Ambulance Chasing дослідник Михайло Бакович (Mihailo Backovic) з Лувенського католицького університету (Лувен-ла-Нев, Бельгія) повідомляє про шокуючі результати багаторічних спостережень, які розширюють межі застосовності цього підходу. Виявляється, умова достатньої примітивності виконується навіть для вершини біологічної еволюції — фізиків-теоретиків, а точніше, їх підвиду, що спеціалізується на елементарних частинках. Його дослідження показало, що колектив цих діючих агентів може досягти стану максимальної інформаційної когерентності — і тоді будь-який зовнішній вплив на нього буде призводити до однотипного відгуку, що описується в термінах пуассонівського процесу і підпорядковується простим формулам.

Підставою для такого висновку послужили кілька експериментів, які сама природа провела з теоретико-фізичною спільнотою. За останнє десятиліття в світі елементарних частинок кілька разів виникали несподівані сенсації, коли експериментатори оголошували про виявлення невідомого раніше ефекту. Це, наприклад, надсвітові нейтрино на OPERA, повідомлення BICEP2 про реєстрацію первинних гравітаційних хвиль і зовсім недавній приклад — загадковий двофотонний пік, знайдений на Великому адронному колайдері.

Вимірювання показали, що слідом за кожним таким зовнішнім впливом у середовищі фізиків-теоретиків виникав однотипний колективний відгук — сплеск публікаційної активності характерного профілю (див. малюнок). Графіки тут показують число публікацій, присвячених черговій сенсації, як функцію часу. Висота сплеску і період загасання залежали від інтенсивності стимулу, але профілі повторювали один одного. Уся різноманітність відгуків зводилася до двох типів поведінки — зі степеневим та експоненційним згасанням інтересу; їх приклади наведені на малюнку.

Треба сказати, що приклади спонтанно злагодженої поведінки серед досить розвинених тварин були відомі і раніше, див., наприклад, новину «Почуття кворуму»: прийняття колективних рішень в макро- і мікромірі («Елементи», 02.04.2009). Але зараз змащування індивідуальних ступенів свободи в примітивний колективний відгук було продемонстровано для об’єктів, які традиційно вважалися невичислимо складними.

У світлі нових даних виникає дуже цікаве питання: що і з якою метою виробляє колектив фізиків-теоретиків у спокійний час, за відсутності зовнішнього стимулу? Тут теж є паралелі з біології. Наприклад, зовсім недавно було відкрито, що полімераза POLA1 у вільний від основної роботи час синтезує «нуклеїновий білий шум», короткі нешкідливі ДНК:РНК-комплекси, і наповнює ними цитоплазму. Цей молекулярний шум потрібен для того, щоб не допускати помилкового спрацьовування внутрішньоклітинної імунної реакції; без нього клітина, та й весь організм, починає генерувати безпричинну імунну відповідь.

Може бути, такий же механізм працює і в колективах фізиків-теоретиків? Вже давно накопичуються свідчення на користь того, що в спокійний час публікаційна активність теоретиків добре описується інформаційним білим шумом. Але якщо раніше мета цієї діяльності була незрозуміла, то тепер можна припустити, що вона спрямована якраз на придушення помилкового колективного відгуку. Дійсно, якщо колектив реагує потужним публікаційним сплеском на будь-яке зовнішнє повідомлення, то значить, він знаходиться в критичному стані і готовий генерувати такі сплески мимовільно, без будь-якого стимулу. Публікаційний шум потрібен самому колективу для придушення такої гіперчутливості і утримання себе в мало-мальськи адекватному руслі.

Всі ці хвилюючі припущення дослідникам ще тільки належить перевірити. На щастя, статистична вибірка велика і постійно поповнюється новими елементарними агентами. Так чи інакше, нова робота змінює наш погляд на природу і еволюцію фізиків-теоретиків: ми натрапили на якісь глибинні закони, що керують їх поведінкою і переводять їх у стан максимальної індивідуальної простоти і колективної когерентності.

Джерело: Mihailo Backovic. A Theory of Ambulance Chasing//е-принт arXiv:1603.01204 (2016).

Ігор Іванов