研究发现，密集人群在没有外界引导的情况下能自发形成集体旋转振荡，为预测危险人群行为提供了全新视角。

在现代社会，密集人群常常形成最危险的环境之一。人群的集体运动如果失控，往往会导致人员被压向墙壁、窒息甚至死亡。现有的群体动态研究大多依赖经验性碰撞模型，这些模型能够有效捕捉小规模人群的行为。但对于由数千人组成的密集人群的突发性动态，目前仍缺乏基于基本原理的定量实验描述和解释。在本文中，我们通过对西班牙圣费尔明节上数千人群体的动态分析，推导出一种密集人群运动的物理理论。我们的实验结果表明，密集人群能够自组织成宏观的螺旋振荡体，数百人的轨迹在没有外部引导的情况下协同运动。基于这些实验数据和对称性原理，我们构建了一个密集人群运动的机械模型。我们的模型表明，奇异的摩擦力驱动着向集体螺旋振荡的非互易相变，从而解释了所有实验观察结果。为了验证这一发现的稳健性，我们还展示了类似的螺旋动态出现在2010年爱情大游行灾难的初期，并提出了一种预判这些先前无法预测的动态的新方法。

不论是搅动一杯热茶还是咖啡，物理学家、工程师和数学家在解释饮料中漩涡的形成时，通常将流体视作连续介质，忽略分子层面的复杂动态，依赖流体力学的基本规律。类似地，生命物质的连续描述对于理解细胞骨架、细胞组织以及动物群体的大尺度流动也起到了重要作用，其中单元之间的相互作用仍然是未知的。相比之下，活性物质的流体动力学在解释人群动态方面的进展则相对有限。大多数重复性实验和观察都集中在小规模的个体上，这些实验的运动无法通过连续介质的描述来准确捕捉。因此，目前主流的方法还是基于两体相互作用的经验模型，这些模型能准确预测小型人群中个体的轨迹，并且广泛应用于安全疏散模型。然而，哪种行为模型最适合描述大规模人群中出现的动态流动，仍然是一个未解之谜。人群聚集时的不可预测性和危险性也一直是通过安全且可重复的测量来描述密集人群失控动态的巨大障碍。受限的人群往往会形成最危险的环境，在这些环境中，数百人可能会集体移动，压迫他人，甚至导致窒息和死亡。但要想解释并预测密集人群的大尺度动态，其实并不需要理解个体间的微观相互作用，就像流体流动的宏观描述并不需要依赖分子间的相互作用。

论文研究了由数千名紧密聚集的个体组成的受限人群，这些人群的动态可以在安全、可重复的环境中进行分析。将这些运动与2010年爱情大游行灾难初期的人群震荡进行对比，发现当密度达到临界值时，受限人群能够自发发生振荡，数百人的轨迹在没有外部信号或控制机制的情况下同步运动。结合一致性测量结果和对称性原理，从基本原理出发构建了密集人群的机械理论，而无需依赖行为假设。展示了密集人群能够形成一种意想不到的奇异摩擦物质，并解释了奇异摩擦力和受限环境如何共同作用，诱发向集体螺旋振荡的过渡。为了帮助防止事故的发生，我们提供了一种实时监控密集人群运动的策略，以预测其失控的集体动态。

通过实验测量和理论相结合，我们的研究发现，集体螺旋振荡可以在没有外部刺激的情况下自发地驱动密集人群的运动。通过在安全、可重复的环境中反复分析由数千人组成的密集人群的运动，揭示了这些人群的流动并非杂乱无章，而是具有周期性并且局部呈螺旋状。借助这些破坏对称性的现象，我们构建了一个能够捕捉所有实验观察结果的密集人群运动的通用理论。我们的研究表明，密集人群中的集体振荡是由向螺旋振荡状态的非互易相变引发的。这一描述不仅在四次圣费尔明节上保持一致，还适用于2010年爱情大游行灾难。因此，研究成果为预判受限环境中的危险人群行为提供了实用的策略。从基础科学的角度来看，研究建立了一个稳健的机械框架，用于理解人群和动物群体的动态，并为理解非平衡物质中的自发性螺旋现象提供了新视角。

本文译自 Emergence of collective oscillations in massive human crowds | Nature，由BALI编辑发布。