Warum eine dichte Menschenmenge manchmal zu schwingen beginnt

Messungen von Menschenmengen in Pamplona zeigen, dass ab einer kritischen Dichte koordinierte Kreisbewegungen entstehen können. Ein Modell erklärt die Rolle der räumlichen Begrenzung und einer besonderen Art von Reibung.

In einer dicht gedrängten Menschenmenge können die Menschen ihre Laufrichtung nicht mehr frei wählen. Messungen, die während mehrerer Ausgaben des San-Fermín-Festes in Pamplona durchgeführt wurden, zeigen, dass sich ab einer kritischen Dichte Gruppen von Hunderten Menschen gemeinsam zu drehen beginnen können – ohne äußeres Signal, das ihnen diese Bewegung vorgibt. Dieses von Physikern untersuchte Phänomen ähnelt weder einem einfachen Schieben noch einem Vor- und Zurückschwanken.

Ein in Pamplona beobachteter Übergang

Das Forschungsteam beobachtete die Menschenmenge, die sich vor dem Start des Chupinazo auf der Plaza Consistorial versammelt hatte – der Zeremonie, mit der das Fest eröffnet wird. Die Beobachtungen wurden 2019, 2022, 2023 und 2024 wiederholt und von erhöhten Standorten aus durchgeführt; einige Messungen beruhen allerdings ausschließlich auf Daten aus den Jahren 2022, 2023 und 2024. Der etwa 50 Meter lange und 20 Meter breite Platz zieht jedes Jahr mehrere Tausend Besucher an.

Die Forschenden verfolgten zwei Größen: die Dichte, also die Zahl der Menschen pro Flächeneinheit, und die Geschwindigkeit der Bewegungen an verschiedenen Stellen. Die durchschnittliche Dichte nahm zu, je voller der Platz wurde, beschrieb die Situation aber nicht vollständig: In einigen Bereichen standen die Menschen deutlich dichter als in anderen.

Bei ihren Messungen veränderten sich die Schwankungen der Bewegung deutlich, als die Dichte etwa 4 Personen pro Quadratmeter erreichte, bei einer Unsicherheit von 0,5 Personen pro Quadratmeter. Ab dieser beobachteten Schwelle wurden die kollektiven Bewegungen ausgeprägter und besser koordiniert. Das Ergebnis gilt für die untersuchten Bedingungen. Es handelt sich weder um eine universelle Grenze, anhand derer sich alle Menschenmengen einordnen lassen, noch um einen Sicherheitsrichtwert für die praktische Anwendung vor Ort.

Ein Detail ist wichtig, um zu verstehen, was geschieht: Die Gruppe beginnt nicht einfach, sich schneller vorwärtszubewegen. Die Forschenden stellten fest, dass sich die Ausrichtung der Bewegungen großräumig koordinierte, während sich die lokale Geschwindigkeit nicht in demselben regelmäßigen Rhythmus veränderte. Mit anderen Worten: Die Menschenmenge kann gemeinsam die Richtung ändern, ohne dass jede Person gleichzeitig schneller und langsamer wird.

Kreisbahnen statt Hin und Her

Im dichten Regime haben die Schwingungen eine Periode von etwa 18 Sekunden. Das Wort „Schwingung“ kann die Vorstellung einer Masse wecken, die nach links und dann nach rechts schwingt. Das beschreiben die gemessenen Laufbahnen jedoch nicht: Die Menschen bewegen sich auf Kreisbahnen und drehen sich um Bereiche der Menschenmenge. Die Ausrichtung der kollektiven Bewegung verändert sich periodisch, ihre Intensität zeigt jedoch nicht dieselbe regelmäßige Schwingung.

Diese Unterscheidung hebt das Phänomen von den Wellen des Abbremsens und Wieder-Anlaufens ab, die in Menschenmengen zu beobachten sind, die sich hauptsächlich in eine Richtung bewegen. Es unterscheidet sich auch von Wirbeln, die von Besuchern bei bestimmten Konzerten erzeugt werden. In Pamplona beschreiben die Forschenden Bewegungen, die in einer räumlich eingeengten Menschenmenge entstehen, ohne dass von außen eine gemeinsame Richtung vorgegeben wird.

Diese Bewegung wird als „chiral“ bezeichnet: Sie hat einen Drehsinn. Der Begriff bedeutet weder, dass jede Person bewusst beschließt, sich zu drehen, noch, dass alle derselben Laufbahn folgen. Er bezeichnet eine kollektive Eigenschaft der großräumig beobachteten Bewegung.

Warum Reibung eine seitliche Bewegung hervorrufen kann

Um diese Dynamik zu erklären, entwickelten die Physiker ein mechanisches Modell. Es geht nicht darum, die Entscheidung jeder einzelnen Person vorherzusagen. Vielmehr soll beschrieben werden, wie Wechselwirkungen und lokale Einschränkungen eine kollektive Bewegung erzeugen können – ähnlich wie Strömungsmodelle bestimmte Fließbewegungen erklären, ohne jedes einzelne Molekül zu verfolgen.

In einer sehr dicht gedrängten Menschenmenge stützen und schieben sich die Menschen gegenseitig. Mauern schränken die Bewegungen ein, während der Kontakt der Füße mit dem Boden Reibung erzeugt. Im vorgeschlagenen Modell wirkt diese Reibung nicht immer einfach als Kraft, die der Bewegung entgegenwirkt. In Verbindung mit der räumlichen Begrenzung und den Wechselwirkungen zwischen den Menschen kann sie dazu beitragen, die Bewegung seitlich abzulenken. Die Autoren bezeichnen diese besondere Reaktion als „ungerade Reibung“; sie verhält sich nicht wie gewöhnliche Reibung in den einfachsten Modellen.

Ein Vergleich hilft, die Idee einzuordnen, ohne die beiden Systeme gleichzusetzen: Ein Elektron, das einem Magnetfeld ausgesetzt ist, kann durch die Lorentzkraft seitlich abgelenkt werden. Im Modell der Menschenmengen tritt in einem kollektiven mechanischen Zusammenhang eine seitliche Ablenkung auf. Menschen sind keine Elektronen, und diese Analogie beschreibt weder ihr Erleben noch ihre Absichten. Sie hilft, eine Form physikalischer, nichtreziproker Reaktion zu erkennen, bei der die Kraftrichtung nicht auf die Bewegungsrichtung reduziert werden kann.

Das theoretische Ergebnis verknüpft diese seitliche Reaktion mit der räumlichen Begrenzung: Ab einer bestimmten Dichte führt das Modell zu einem Übergang hin zu Drehbewegungen, die koordiniert sind. Diese Erklärung wird mit den Messungen aus Pamplona abgeglichen. Sie behauptet nicht, dass sich eine Menschenmenge wie unbelebte Materie verhält, sondern zeigt, dass sich bestimmte großräumige Eigenschaften erklären lassen, ohne die Beweggründe jedes einzelnen Besuchers zu kennen.

Ein Vergleich mit Duisburg, kein kontrolliertes Experiment

Das Team analysierte außerdem öffentlich zugängliche Aufnahmen vom Beginn der Katastrophe bei der Love Parade 2010 in Duisburg. Die Forschenden berichten von Schwingungen mit ähnlichen Merkmalen wie jenen, die in Pamplona festgestellt wurden, und einer geschätzten sehr hohen Dichte. Diese Videoanalyse dient als Vergleich mit einem tragischen Ereignis, nicht als Experiment, das sich gefahrlos wiederholen ließe.

Der Unterschied zwischen den beiden Situationen ist wesentlich. In Pamplona beziehen sich die wiederholten Beobachtungen auf eine dicht gedrängte Zeremonie, die laut der Studie unter sicheren Bedingungen stattfand. Anhand der Aufnahmen aus Duisburg lässt sich untersuchen, ob vergleichbare kollektive Bewegungen in einem gefährlichen Umfeld auftreten. Sie beweisen weder, dass bei allen Katastrophen mit Menschenmengen derselbe Mechanismus wirkt, noch, dass die Dichte allein ausreicht, um deren Ursachen zu erklären.

Die Autoren vermuten, dass die Beobachtung von Schwingungen auf Aufnahmen dabei helfen könnte, das Entstehen unkontrollierter kollektiver Bewegungen zu erkennen. Das ist ein Ansatz zur Überwachung, der noch geprüft werden muss, kein Präventionsinstrument, das bereits für alle Konstellationen validiert wurde. Die Beobachtungen beziehen sich vor allem auf einen einfachen, räumlich begrenzten Bereich; komplex geformte Straßen, mehrere mögliche Wege und die unterschiedlichen Gründe, aus denen Menschen sich bewegen, erschweren die Analyse.

Die grundlegende Bedeutung der Arbeit ist daher klar umrissen: Sie verknüpft eine Messung vor Ort, einen kollektiven Übergang und ein mechanisches Modell, das erklärt, warum Reibung und räumliche Begrenzungen gemeinsam eine spontane Drehbewegung hervorrufen können. Dieses Phänomen zu verstehen, macht eine dichte Menschenmenge nicht zu einem perfekt vorhersagbaren System. Es gibt Forschenden jedoch eine Möglichkeit, Bewegungen zu unterscheiden, die aus der Entfernung verworren wirken könnten, hier aber einer messbaren Ordnung folgen.