Горсть риса, брошенная в стакан с водой, рассыпается — крупинки разбегаются в стороны. А теперь вообразите, что каждая крупинка сама несётся вперёд с упрямым постоянством и при столкновении мягко отскакивает. Такие частицы называют активными: они тратят собственную энергию на движение, как бактерии или микроскопические роботы. Удивительно, но иногда они собираются в плотные облака — хотя никаких сил притяжения между ними нет. Это явление известно как разделение фаз, вызванное движением.
Долгое время считалось, что активные частицы образуют скопления потому, что их отталкивание на деле превращается в эффективное притяжение — примерно как у молекул в капле воды. Но точных расчётов не хватало. Авторы работы взяли самую простую систему: две мягкие частицы, которые бегут по прямой, время от времени резко меняя направление (такое движение называют «беги-и-кувыркайся»), и заперли их в периодическом ящике — где выход слева ведёт на вход справа. А затем применили строгий микроскопический подход, проследив за каждой частицей без усреднений.
Это похоже на двух танцоров в тесной комнате: каждый упрямо движется своим курсом, и чем сильнее они отпихиваются при встрече, тем дольше торчат рядом, не в силах разойтись. В их парном танце рождается иллюзия влечения. Такой взгляд помогает понять, как бактерии формируют биоплёнки или как стайки микророботов могут самопроизвольно организовываться без сложных программ.
Бактерии кишечной палочки двигаются со скоростью около 20 микрометров в секунду — это примерно 30 длин собственного тела за секунду. Если бы человек передвигался так же быстро относительно своего роста, он бы пробегал стометровку за пару секунд.
В романе Станислава Лема «Непобедимый» экипаж звездолёта сталкивается с роем микроскопических машин, которые действуют как единый организм без центрального управления — чистое воплощение активной материи.