Wissenschaftler erklären, warum Menschen in Menschenmengen manchmal geordnete Bahnen bilden

Unter Rückgriff auf Ideen, die zuerst von Albert Einstein entwickelt wurden, haben Forscher in Großbritannien und Polen eine neue Theorie entwickelt, die erklärt, wie organisierte, gegenläufige Bewegungsbahnen in scheinbar ungeordneten Systemen – einschließlich Menschenmassen – entstehen können. Angeführt von Tim Rogers An der University of Bath verifizierte das Team sein Modell, indem es echte menschliche Menschenmassen beobachtete.

„Laning“ ist ein Beispiel für spontane Organisation in der Natur und jedem bekannt, der schon einmal eine belebte Straße oder einen belebten Korridor entlang gegangen ist. Wenn zwei Personengruppen in einer großen Menschenmenge in entgegengesetzte Richtungen gehen, organisieren sie sich oft in parallelen, gegenläufigen Bahnen, ohne Anweisungen zu erhalten, wohin sie gehen sollen. Dies reduziert das Kollisionsrisiko und verbessert die Bewegungseffizienz für beide Gruppen.

Dieses Verhalten tritt nicht nur in Systemen empfindungsfähiger Wesen auf, es kann auch in Situationen gefunden werden, die von der Bewegung entgegengesetzt geladener Teilchen in komplexen Plasmen bis hin zu sich gegenläufig ausbreitenden elektrischen Signalen in langgestreckten Nervenzellen reichen. Es gibt jedoch noch viele Aspekte des Phänomens, die kaum verstanden werden.

Schlichtung einer Debatte

„Trotz seines weit verbreiteten Vorkommens gibt es immer noch keinen Konsens über den physikalischen Ursprung von Laning“, sagt Rogers. „Um diese Debatte beizulegen, braucht man eine quantitative Theorie, die anhand von Simulationen und Experimenten getestet werden kann.“

Um ihre Theorie zu bauen, Rogers' Team – das auch enthalten Karl Bakik an der Universität Bath und Bogdan Bacik an der Akademie für Leibeserziehung in Kattowitz – schöpften aus einem theoretischen Ansatz, der erstmals 1905 von Einstein gewählt wurde.

In einem seiner ersten großen Beiträge zur Physik untersuchte Einstein die zufällige Brownsche Bewegung mikroskopisch kleiner Partikel wie Pollenkörner, wenn sie von Wassermolekülen herumgeschleudert werden. Er zeigte, wie die Bewegung verstanden werden kann, indem man die kumulativen Effekte vieler winziger molekularer Kollisionen berücksichtigt.

Kleine Anpassungen

Durch die Anwendung der gleichen Konzepte auf gegenläufige Menschenmengen stellte das Team fest, dass es die Bewegungen einzelner Menschen – die jeweils ständig kleine Anpassungen an ihren Wegen vornehmen, um ein Zusammenstoßen zu vermeiden – mit den Gesamtbewegungen einer Menschenmenge verknüpfen konnte. „Mathematisch gesehen ist es eine Übung in statistischer Physik – die Kunst, Mittelwerte in Systemen zu bilden, in denen die Komponenten zu zahlreich sind, um sie einzeln zu verfolgen“, erklärt Rogers.

Neben Computersimulationen testete das Team sein Modell, indem es eine Reihe von Experimenten mit echten Menschenmengen durchführte. Daran beteiligten sich 73 Teilnehmer, die in einer quadratischen Arena liefen.

„Unsere Analyse hat nicht nur ein neues Licht auf das alte Rätsel geworfen, sondern auch mehrere neue Hypothesen hervorgebracht“, sagt Rogers. Eines dieser interessanten Verhaltensweisen zeigte sich, als das Team Eingangs- und Ausgangstore am Rand der Arena platzierte. In diesem Fall stellten sie fest, dass die Fahrspuren dazu neigten, sich in parabolische, hyperbolische oder elliptische Formen zu krümmen, je nach Position der Tore.

Verkehrsregeln

„Wir haben auch gezeigt, dass die Einführung von Verkehrsregeln für Fußgänger einige unerwünschte Auswirkungen haben kann“, fährt Rogers fort. „Wenn die Leute zum Beispiel aufgefordert werden, immer rechts zu überholen, bilden sie Fahrspuren, die am Ende kippen.“ Dieses Muster entstand, weil die meisten Fußgänger lieber rechts abbiegen, wenn sie einander ausweichen, wodurch die chirale Symmetrie ihrer Fahrspuren gebrochen wird (siehe Abbildung).

Das Team betont, dass ihre Studie nur für Systeme unterhalb einer bestimmten Dichte gilt. Wenn Menschen zu dicht gedrängt werden, können sich fließende Fahrspuren verklemmen und Einsteins Brownsche Bewegung ist nicht mehr relevant.

Nachdem das Trio seine Theorie verifiziert hat, hofft es, damit andere Muster in scheinbar ungeordneten Menschenmengen aufzudecken, die bisher durch die Einschränkungen früherer Modelle verborgen geblieben sind.

Ihre Entdeckungen könnten auch tiefere Einblicke in die Massendynamik, Biologie und Physik liefern, wo selbstorganisierende Fahrspuren eine Schlüsselrolle im Fluss von Menschen, Partikeln und Informationen spielen.

Die Forschung ist beschrieben in Wissenschaft.

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• Quelle: https://physicsworld.com/a/scientists-explain-why-people-in-crowds-sometimes-form-orderly-lanes/