Nauka z chodnika: kiedy tłum działa sprawnie, a kiedy zamienia się w korek
Czy porządek w ruchu tłumu można wyliczyć matematycznie? Nowe badania pokazują, że wystarczy różnica zaledwie 13 stopni w kierunkach ruchu przechodniów, by zorganizowany tłum zamienił się w chaotyczne zatory.
Gdy każdy idzie swoją drogą
Zasady wyłaniania się porządku i chaosu w ruchu przechodniów idących w różnych kierunkach opisał interdyscyplinarny zespół naukowców w publikacji w “PNAS”. Jeśli rozrzut toru ruchu przechodniów jest większy niż 13 stopni, ruch przestaje być płynny, a w miejsce uporządkowanych torów – powstają zatory.
„Płynąć z tłumem jest łatwo. Kiedy jednak chcemy zboczyć z przetartej ścieżki, zaczynają się robić problemy – nie tylko dla nas, ale i dla osób wokół. Zwłaszcza jeśli chcemy iść w poprzek wszystkim”
– podsumowuje współautor badania prof. Grzegorz Sobota z AWF w Katowicach.
Pasy uliczne, przejście podziemne, plac miejski, stadion – to przestrzenie, w których spotykają się masy ludzi idących w różnych kierunkach. Każdy człowiek ma swój cel podróży, ale żeby go osiągnąć, musi – zwykle nie używając słów ani gestów – znaleźć dla siebie drogę przez tłum unikając zderzeń.
Eksperyment w sali gimnastycznej
Okazuje się, że jeśli piesi idą na wprost siebie, kolizji dość łatwo daje się unikać, a z ruchu przechodniów szybko wyłania się porządek – spontanicznie tworzą się tory ruchu, w których przechodnie idą jeden za drugim i mijają się bez przeszkód.
Jeśli jednak przechodnie zaczynają przechodzić przez dany teren na skos i ich drogi przecinają się pod wieloma różnymi kątami – ruch przestaje być płynny i powstają zatory. Matematyczne zasady opisujące ruch przechodniów opisał dr Karol Bacik z MIT wspólnie z prof. Timem Rogersem z University of Bath oraz profesorami AWF Katowice – Grzegorzem Sobotą i Bogdanem Bacikiem w artykule opublikowanym w prestiżowym czasopiśmie „PNAS”.
“Ruch tłumu może być uporządkowany, nieuporządkowany, mogą w nim tworzyć i zanikać korki. My wyliczyliśmy, kiedy i w jaki sposób następuje przechodzenie ruchu uporządkowanego do nieuporządkowanego. To pierwsze eksperymentalne potwierdzenie modelu, które pokazuje występowanie punktu krytycznego”
– skomentował w rozmowie z PAP lider badania Karol Bacik z MIT.
W ramach eksperymentu po obu stronach sali gimnastycznej ustawiono po pięć bramek. Każdy uczestnik dostawał wytyczne, z której bramki startuje i do której ma dojść. Sprawdzano, jak płynnie przebiega ruch, jeśli coraz więcej dróg będzie się krzyżować pod nietypowymi kątami. Np. osoby z jednego rogu sali miały przejść do bramki po przekątnej, podczas gdy inne osoby przechodziły do bramek na wprost.
Zauważono, że krytycznym punktem było to, kiedy rozrzut kierunków wynosił 13 stopni. To znaczy, że piesi nie szli prostopadle do brzegu ulicy – po najkrótszym możliwym torze, ale wybierali drogę na skos i to pod różnymi kątami, przez co ludzie z przeciwnych stron musieli się mijać w nieoczekiwane sposoby. W tych scenariuszach prędkość przechodzenia na drugą stronę spadała aż o 30 proc. Dotąd nie było to oczywiste.
Ruch pieszy do modelowania
Przy projektowaniu dużych obiektów czy przestrzeni publicznych używa się już symulacji ruchu tłumów. Dzięki nowej pracy jednak powstał nie tylko prostszy, ale i dokładniejszy opis takich zachowań; można go teraz użyć do przygotowania lepszych symulacji. Pozwolą one przewidzieć, czy ruch będzie uporządkowany, czy nie. I czy np. wprowadzenie lub wyeliminowanie barierek czy ograniczeń w ruchu pomoże usprawnić ruch, czy może raczej go utrudni.
Może więc projektowane z myślą o przyspieszeniu ruchu szerokie przejścia dla pieszych – po których aż się prosi, żeby iść na skos do swojego celu – nie zawsze dobrze pełnią swoją funkcję? Podobnie jak skrzyżowania, po których wstrzymuje się ruch samochodów, by przechodnie mogli przechodzić w dowolną stronę na skos. To wszystko będzie można teraz skuteczniej wyliczać.
Ludzie – w odróżnieniu np. od cząsteczek tworzących płyny – różnią się od siebie, mają stany psychologiczne, mogą świadomie podejmować decyzje.
“Kolejnym etapem badań będzie przygotowanie bardziej dokładnego modelu, który będzie lepiej pokazywał w tłumie rolę indywidualności. Bo już na obecnych danych widać, że nie każdy w tłumie zachowuje się tak samo”
– skomentował prof. Sobota.
“Żeby szukać wielkiej nauki i tematów badawczych, których nikt jeszcze nigdy nie opisał, nie trzeba sięgać gwiazd”
– uśmiecha się Karol Bacik.
Czasami wystarczy wyjrzeć przez okno, żeby znaleźć temat, który ciągle kryje w sobie wiele tajemnic.
Źródła:
- Ludwika Tomala, „13 stopni do chaosu. Jak w ruchu przechodniów tworzy się i znika porządek”, Nauka w Polsce, 22.04.2025
https://naukawpolsce.pl/aktualnosci/news%2C107529%2C13-stopni-do-chaosu-jak-w-ruchu-przechodniow-tworzy-sie-i-znika-porzadek - Karol A. Bacik, Grzegorz Sobota, Bogdan S. Bacik, Tim Rogers, „Order–disorder transition in multidirectional crowds”, Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), 2025
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2420697122
