将物理化学拓展至生物种群：第一步——测量耦合强度

对于任何系统，无论是物理系统还是非物理系统，了解个体间相互作用的形式和强度是关键信息。在基于统计物理学的方法中，需要知道相互作用哈密顿量。对于非物理系统，基于类似于物理化学中使用的定性论证，相互作用强度能为系统的宏观性质提供有用线索。尽管我们的最终目标是理解社会现象，但我们发现由昆虫（或其他生物体）组成的系统非常便于研究群体效应。本文展示了如何设计实验以估算昆虫群体中的相互作用强度。通过重复进行昆虫数量从少于 10 只增加到数百只的实验，人们能够探索相互作用的关键性质。数据表明存在一种与距离无关的全局相关性（至少在几厘米范围内）。我们将给出蚂蚁、甲虫和果蝇的这种平均互相关的估计值。实验结果明确排除了类 Ising 相互作用，即仅限于最近邻的相互作用。在果蝇的情况下，平均互相关似乎为负，这意味着个体间不是吸引而是存在（微弱的）排斥效应。我们在结论中强调，此类针对昆虫种群的“类物理实验”为计算机模拟提供了一种有价值的替代方案。当模型预测出可检验的群体效应时，可以设置相应的实验，从而证实或证伪该模型。