규칙 두 줄짜리 개미가 만 걸음 뒤 갑자기 길을 낸다

계획이 없는 것은 어지럽게만 움직일 거라고 생각하기 쉽습니다. 규칙이 두 줄뿐인 개미라면 더 그렇겠죠. 그런데 빈 판에서 출발한 이 개미는 한동안 질서와 혼돈을 오간 끝에 9,976걸음째부터 104걸음마다 똑같은 동작을 되풀이하며 곧은 대각선 길을 내기 시작합니다. 아무도 길을 설계하지 않았는데도요.

모델은 이렇게 움직입니다

직접 돌려보기

여러 마리면 한 걸음마다 개미들이 차례로 한 번씩 움직이고, 서로의 흔적을 밟습니다
"무작위 점으로 시작"일 때만 쓰입니다. 가운데 21×21칸 중 처음부터 검은 칸의 비율
빈 판은 고전적인 실험입니다. 무작위 점으로 시작하면 번호를 바꿔 가며 매번 다른 판을 볼 수 있어요

① 개미가 길을 내는 모습

검은 칸은 짙은 남색, 개미가 지나갔다가 희게 돌아온 칸은 연한 파랑, 개미는 색 점입니다. 판은 지나간 곳이 모두 보이도록 저절로 넓어집니다. 속도를 올리면 초당 수십만 걸음까지 돌릴 수 있어요.

② 검은 칸의 수

파란 바탕은 질서 있던 처음 약 500걸음(빈 판, 개미 1마리일 때)입니다. 혼돈 동안 불규칙하게 늘다가 고속도로가 시작되면 104걸음마다 12칸씩 일정하게 늘어납니다.

③ 원점에서 개미까지의 거리

혼돈 동안은 출발점 근처를 맴돌아 거의 평평하다가, 고속도로가 시작되면 곧은 직선으로 멀어집니다. 걸음당 약 0.027칸(104걸음에 2√2칸)씩입니다.

④ 무작위 점으로 시작하면 고속도로는 언제 생길까

가로는 처음에 흩뿌린 검은 칸의 비율, 세로는 고속도로가 시작된 걸음입니다. 점은 무작위 판 10개 각각의 결과이고 선은 그 중앙값입니다. 이 화면에서 돌린 판에서는 모두 고속도로가 생겼습니다.

계산 중…

이 결과가 말하는 것, 말하지 않는 것

말하는 것:

상세 설명

말하는 것: 빈 판에서 출발한 개미 1마리는 9,976걸음째부터 104걸음마다 (2,2)칸씩 대각선으로 옮겨 가는 동작을 끝없이 되풀이했습니다(40,000걸음까지 확인). 그 뒤로는 104걸음마다 검은 칸이 12칸씩 늘고 걸음당 약 0.027칸씩 멀어집니다. 처음 약 500걸음은 대칭 모양이 되풀이되었고(마지막 대칭 모양은 473걸음), 그 뒤는 고속도로까지 혼돈이었습니다. 한 변 21칸 안에 5%에서 50%까지 검은 칸을 흩뿌려 시작한 판은 7가지 비율 각각 60판 모두, 개미를 2~4마리로 늘려도 비율 15%에서 60판 모두 60,000걸음 안에 고속도로가 생겼습니다. 시작 걸음은 200~50,000걸음으로 크게 달랐습니다. 사소한 규칙에서 설계 없이 질서 있는 구조가 나타나는 창발을 보여 줍니다.

말하지 않는 것:

상세 설명

말하지 않는 것: 개미가 어떤 판에서든 반드시 고속도로를 낸다는 것은 증명되지 않았습니다. 이는 열린 문제(추측)이고, 여기서는 돌려 본 판에서 모두 생겼다는 것만 확인했습니다. 개미의 경로가 한정된 영역에 갇히지 않는다는 것은 증명되어 있습니다. 또 이 개미는 생물을 본뜬 것이 아니라 세포 자동자라는 수학적 장난감이므로, 현실의 길 만들기나 개미 행동을 설명하지 않습니다. 고속도로 판정은 이 프로젝트의 기준(104걸음 되풀이 세 번)이고, 개미 여러 마리일 때 질서 단계는 따로 구분하지 않습니다.

이론적 근거와 구현 메모