物理學可以解釋恐慌人群的運動嗎？

: By 西德尼·珀科維茲（Sidney Perkowitz）

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物理學可以解釋恐慌人群的動作嗎？

當人們聚集在一起時，身體和情感的聯繫決定了他們的運動，心態和行動的意願。了解人群可以幫助我們應對恐怖襲擊造成的恐慌; 人群科學對於管理許多緊急事件至關重要，特別是當密度變得非常危險時。人群中的恐慌或混亂可以殺死或傷害數百人，正如在2010的德國愛情遊行中發生的那樣，成千上萬的電子舞蹈音樂節的參與者在試圖進入狹窄的隧道時堆積起來; 21人死於窒息。

基礎科學和公共安全要求我們使用一系列學科開發完整的人群科學。今天，社會心理學家的工作表明，人群受到個人成員個性的影響; 因此，人群可以體現利他主義和有益的行為以及相反的行為。現在，我們可以通過使用經典和統計物理學，計算科學和復雜系統理論 - 對相互作用實體組的研究進行定量分析來進一步擴展人群科學。

來自複雜性理論的一個相關概念是“出現”，當實體之間的相互作用產生無法從任何單個元素的屬性預測的群體行為時發生。例如，隨機移動H.₂液態水中的O分子突然在零攝氏度下連接起來製成堅固的冰; 飛行中的椋鳥很快就形成了一個有序的羊群。

如果已知實體之間的相互作用，則可以預測緊急行為如圖明尼蘇達大學的研究人員在2014中確定了兩個人在運動中如何相互作用，從而人們如何移動。研究人員首先從物理學的角度考慮了一個理論，理論上認為，與電子一樣，行人在靠近時會相互排斥，從而避免相互碰撞。但視頻數據庫顯示，當人們發現他們即將發生碰撞時，他們會改變他們的路徑。由此，研究人員根據直到碰撞的時間，而不是距離，得出了兩個人之間普遍的排斥力的等式。

該公式成功地再現了人群中突現的現實世界特徵，例如在等待穿過狹窄的通道時形成半圓形構造，或者當其成員走向不同的出口時，即興地開發獨立的通道。例如，這使得可以模擬人群行為以設計疏散路線。

To在緊急情況下有用，人群分析還必須考慮情緒危機。正如伊朗KN Toosi技術大學的研究人員所表明的，傳播恐懼可以改變緊急行為。在2015中，他們創建一個公共空間的計算機版本，裡面有數百名模擬成人和兒童，以及將人們帶到出口的保安人員。假設參與者正在對一個危險事件作出反應，當他們未能找到出口時，模擬會將他們升級到更大程度的恐懼和恐慌，隨意的移動。

運行模擬，研究人員發現18和99之間的百分比可以逃脫，這取決於參與者的組合。最小或最大數量的人或安全代理人沒有出現最大數量的逃逸，但處於中間值。這表明人群的情緒狀態可以將其動態帶入複雜的非線性階段。

我們可以通過觀察他們的身體行為來確定真實人群中的個體情緒。在2018，英國朴茨茅斯大學Hui Yu的團隊舊動能，物理中的運動能量，作為衡量人群何時進入“異常”情緒狀態的指標。從諸如爆炸之類的危險事件中跑出的人群成員增加了動能，這可以在實時人群視頻圖像中檢測到。利用計算機視覺技術，研究人員計算出構成圖像的像素的速度，從中確定了人群中最有活力的部分。

研究人員將他們的方法應用於數據集由明尼蘇達大學的計算機科學家Nikolaos Papanikolopoulos及其同事整理的視頻剪輯。這些片段顯示了真實的人群對模擬緊急情況的反應。最初，受試者正常行走，然後突然分散並向各個方向奔跑。能量算法快速感知到這些轉變，研究人員得出結論，該方法可以自動檢測公共集會中不尋常的，潛在危險的行為。

馬里蘭大學的計算機科學家Dinesh Manocha和他的同事們在他們的'他們'中提出了情感與行動之間的其他聯繫。CubeP'模型，將物理學，生理學和心理學的因素分析結合起來。這三個因素在體育活動和情緒反應中強烈相互關聯，這標誌著危機中的人群。 CubeP使用力和速度的基本物理來計算運動中的人的身體力量。 CubeP還融入了情緒感染模型發達在2015中由計算機工程師Funda完成 Durupinar 在土耳其比爾肯特大學及其同事，其中包括決定一個人對壓力反應的典型人格特徵。 CubeP根據身體的努力為每個人增加了恐慌程度的生理指標。這會影響心率，已知心率表示恐懼程度。所有這些結合起來預測每個人群成員的運動速度和方向。

研究人員在人群的計算機模擬中對CubeP進行了測試，以便對危險事件作出反應，並獲得真實的結果。威脅附近的虛擬人員會迅速恐慌並奔跑。一個更遙遠的個體對恐懼和逃避行為的情緒感染做出反應，儘管後來。研究人員還將CubeP應用於明尼蘇達大學的數據集以及真實緊急情況的視頻，例如2014的上海地鐵系統和2017的英國國會大廈外。在所有這些中，人群行為的CubeP模擬與現實相當接近，並且比Durupinar方法和其他不融合物理，心理和生理因素的模型更接近。

這種改進說明了人群多學科科學的力量。隨著洞察力的積累，它們肯定會在建築設計和災難規劃中發揮作用。然而，調查結果可能導致對公共場所人群的更多監視，這種現象正在加劇關注美國公民自由聯盟關於隱私和濫用的可能性。

通過將人群行為減少到數字而丟失了一些東西。將模型與實際數據進行比較將為人群動態提供受歡迎的見解，但我們也需要心理學的全面理解。伊麗莎白·卡內蒂（Elias Canetti），諾貝爾獎得主，撰寫了經典作品 人群與權力 （1960），預見到這種夥伴關係將有助於打破人群代碼的那一天。在考慮人群行為中某個臨界密度的重要性時，他寫道：“有一天，有可能更準確地確定這個密度，甚至可以測量它。” 現在我們可以測量和分析這些數量，但我們還需要廣泛的人文科學和社會科學觀點來告訴我們它們的真正含義。