椋鸟,百万只齐飞,队形飘忽不定,像空中漂浮的一片云雾,轻盈剔透,变幻莫测。
空中起伏盘旋的椋鸟,没有固定队形,随意改变飞行方向,却能保持鸟群整体不分散,没有一只鸟儿掉队。聚集在一起的鸟群像一只鸟儿一样灵活,天空是它自由翱翔的舞台。
黄昏时分,成千上万只椋鸟在空中集合,多次变换队形飞舞。在空中完成半个小时的飞行表演后,群鸟才解散回家休息。群飞的鸟儿不仅展现了曼妙舞姿,更是炫耀了速度与灵动。如果有猎鹰之类的猛禽来捕猎,鸟群会及时转弯躲避捕猎者,动作敏捷却能保持队形不分散。猎鹰没法冲散鸟群,只能铩羽而归。
鸟群的速度有多快?平均时速60公里/小时,鸟儿在高速下飞转一个急弯,而不会跟同伴发生冲撞。试想一下,在6车道的高速路上,6辆汽车并行,你要做到跟其他司机同时转弯。经过多次练习磨合之后,你们可以做到同步。现在再加一个条件,6辆车并行时,对面有一辆事故车迎面冲过来,你们6位司机能不能做到同时躲避事故车而互不干扰呢?
椋鸟群能做到同时躲避游隼而互不干扰,它们怎么能在高速飞行时,上万只鸟如同一只鸟一样灵活多变?
集体飞翔
丹麦沿海湿地,春天的椋鸟群超过了100万只。傍晚群飞时,遮天蔽日,当地人把它们叫做“黑太阳”。
单只椋鸟融入集体,组成了整体的鸟群。集体赐予我力量,跟集体在一起,安全强大有保障。成千上万双眼睛和耳朵一起寻找食物,还能保证在第一时间发现不怀好意的捕猎者。单身是危险的,独自飞行的椋鸟很容易被猛禽追捕,但跟集体在一起就不一样了,只要不落单,猛禽捉不到。集合成群之后的难题是,怎样跟集体保持同步运行呢?
古罗马人相信,椋鸟群得到了神的指示,它们在飞行中被神引导,才能万鸟如一,随心飞行。20世纪初的科学家跟古罗马人差不多,他们在探索鸟儿们的心灵感应,认为只有集体思维保持一致,才能共同行动。
神话的色彩逐年褪去,高速摄像机捕捉到细节,计算机模拟群鸟的飞行,万鸟如一的秘密一步步被解开了。跟神秘力量控制集体的想法完全相反,群鸟齐飞的原理很简单直接:不去理会集体有多大,只要跟随你的左右队友就行。
专业名称叫做:自发的协同动作。每只鸟飞行时,遵守3条规则,1是避免碰撞,2是保持速度一致,3是别人转弯我也转。再具体一点儿,每只鸟只要跟周围7只鸟协调行动,百万只鸟群就能聚而不散。跟你在车辆的洪流中一样,你关注的只是前后左右的车辆,每人都如此,整体交通就能保持运行通畅。[知道日报-法兰西is培根-未经授权请勿转载其他平台]
震荡波
鸟儿集群而飞,有2种情况,一是列队飞,二是成团飞。
秋天来了,飞往南方的大雁一会儿排成一字,一会儿排成人字。长途迁徙鸟类排成队列飞,领队最费力气,需要经常换鸟带队,而队伍里的鸟儿只要跟着领队就能轻松飞行了。
成团飞的鸟儿不飞长途,一时兴起的聚会,团聚后各自分散。它们群飞时没有领队,变换方向时看似随意,却有规律。接下来我们来看椋鸟群变化队形的细节。
上图中,猎鹰冲过来时,鸟群中出现从左到右的波动,像层层海浪起伏翻滚。鸟群中的震荡波在受到攻击时出现,整个团队重复同一个动作,传递被攻击的信息。震荡波有2个特点,1是波动由于飞行方向改变而产生,鸟群密度不变。2是波动的速度,比团队本身的飞行速度快。
远看密密麻麻堆在一块儿的鸟群,近看时你会发现鸟儿之间的活动空间不小,每只鸟身前都留有让它转弯的余地。鸟儿闪身躲避猎鹰时,周围的伙伴也跟着侧身躲避,方向变化像海浪一样层层传递,通过整个鸟群。而鸟儿变换动作时,依然保持跟伙伴们的间隔空间,没有挤成一团,也就是说,波动时,鸟群的密度不变。
波浪的起伏速度,比团队本身的飞行速度要快。鸟群里有2个速度,一是群鸟飞行的速度,二是波浪传递速度。群鸟飞行速度为10.6米/秒,而波浪移动的速度是13.4米/秒。波速是鸟群发现敌情后作出改变的速度,也是鸟群中传递信息的速度,跟猎鹰冲击鸟群的速度一致(捕猎鸟速为11到15米/秒)。
震荡波只在特定情况下发生,当鸟群重复侧翻动作时才有震荡波,如果鸟群加速前进的话,我们看不到天空中的波浪起伏。震荡波传递的速度跟2个因素有关,1是间隔距离,2是联动数量。
间隔距离
间隔距离有个高大上的名称叫做拓扑距离,是指你跟周围伙伴之间的距离,根据情况而变化,不是一个固定数值。你的注意力覆盖范围随时变化,周围伙伴离你有100米远的话,你的关注范围覆盖到100米。伙伴离你5米,那你的关注范围只有5米。
如果鸟群的密度低,也就是鸟儿之间的间隔距离远的话,震荡波传递的速度会更快。波动速度很有趣,鸟儿并不是挨得越近反应越快,而是相反,传递信息的鸟儿之间的距离越远,波的传递速度越快。跟点燃烽火警告敌情一样,烽火台间隔越远,传递信息的速度越快。
联动数量
你在鸟群里,能看到周围15位伙伴的身影,但你不会跟它们都联动。如果你只关注左右2位伙伴的行动,它们转弯你也转,那震动波传递的速度比较慢。如果你关注3位伙伴,波动速度能快一点儿。如果你能关注到周围7位伙伴的行动,它们中有人侧翻,你也侧翻的话,震动波传递的速度会非常快。不过,你跟随联动的伙伴最多也只是7个,再多你就顾不过来了。
7位联动已经足够快了,震荡波传遍400只椋鸟群,只需要0.5秒的时间。在仰望天空的人眼里,鸟群同时进退,万鸟如一。
变换方向转个弯
群鸟飞行,要保持集体变更方向后不分散,单只鸟不仅要跟周围伙伴的转弯方向一致,还要保证转弯速度一样。每只鸟的速度不一样的话,鸟儿之间的间隔距离会有变化,整体飞行速度也会受到影响,有人快有人慢的最后结果是,队伍飞散了,掉队的鸟儿被猎鹰捉住。
保持群体一致,单只鸟在转弯时有个诀窍,按照相同的半径转弯,转弯轨迹有交叉。
上图是罗马大学团队绘制的示意图,红、绿、蓝3条飞行线路,鸟儿的转弯半径相同,路径交叉。转弯时不用变换速度,只要保持固定速度就行。转弯后整个鸟群速度不变,密度不变。群鸟转弯跟你开车不一样,你在6车道的高速路上,跟同行司机们一起转左弯,最左侧的车转弯半径最小,最右侧的车转弯半径最大。要保持转弯后速度一致,左侧的车速要最慢,右侧的车速要最快。公路上的平行路径转弯,受到转弯路径不能交叉的限制,你只能走自己的车道,不能跟其它车道交叉。但是鸟儿比你自由,它们能跟其它鸟儿的转弯路径交叉,上下或左右交叉都有,只要不碰撞到伙伴就行。
做集体决策时,信息传递得越快,集体的凝聚力越强。传递信息,越简单越快。百万只椋鸟群,没有心灵感应,只要遵守简单法则,就能做到万鸟如一的灵动。天空中飞舞的自由,来自于最简单的秩序支撑。
无论鸟群的群体有多大,你只要跟随周围7位伙伴就行。跟“6度分隔理论”一样,无论世界有多大,你跟陌生人之间的距离是6个人,只要通过6个人传递消息,你就能跟世界上任何一个人搭上话。群体的规模不是关键,你跟周围人的联动才是重点。
专注于身边的伙伴,一同展翅高飞吧,飞得像云像雾又像风。
作者有话说:今天继续更新鸟类秘密系列文章,这是第4篇:群飞的鸟。