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Schlange ohne Kopf

Staus treiben Autofahrer in den Wahnsinn. Für Physiker hingegen sind sie spannend. Vor allem der Phantomstau, eine spontane Verkehrsstörung ohne erkennbaren Grund, beschäftigt die Forscher.

Was kann ein phantasievoller Mensch in sechzig Stunden nicht alles anstellen: ausschlafen, was Vernünftiges lesen, an der Dissertation schreiben, zelten, Pilze sammeln, Schlagzeug spielen, einkaufen, mit den Kindern Enten füttern... Mehr als sechzig Stunden, immerhin zweieinhalb Tage, steht jeder Deutsche pro Jahr durchschnittlich im Stau. Für Autofahrer ist das ein Grund, zu fluchen. Für Stauforscher ist es Anlass, den Ursachen solcher Störungen im Verkehrsfluss nachzuspüren.

Aus heiterem Himmel
Rund fünfzig Prozent aller Staus, schätzen Experten, entstehen aufgrund einer konkreten Ursache: Baustelle, Fahrbahnverengung, ungünstiges Wetter, Unfall. Und dann gibt es noch Staus, bei denen sich kein Auslöser feststellen lässt - die berüchtigten und gefürchteten Staus aus dem Nichts oder Phantomstaus. "Eine Schlange ohne Kopf? Unmöglich", dachten Forscher lange Zeit. "Geht doch", bewiesen die Physiker Kai Nagel und Michael Schreckenberg Anfang der 1990er Jahre mittels eines mathematischen Modells.

Stillstand nach zwanzig Autos
Die Voraussetzungen für Phantomstaus sind denkbar einfach: Man nehme eine Autobahn und jede Menge Fahrzeuge, die sich darauf bewegen - ab einer Dichte von etwa zweieinhalbtausend pro Stunde und Fahrbahn dürfte es klappen. An irgendeiner Stelle fährt ein Autofahrer zu dicht auf den Vorgänger auf und muss bremsen. Der Fahrer dahinter muss nun ebenfalls bremsen, und zwar schärfer als der vor ihm. Nun muss wiederum der Fahrer dahinter noch ein bisschen schärfer bremsen, der dahinter noch schärfer... Das Resultat: nach etwa zwanzig Fahrzeugen kommt es zum Stillstand.

Gegen die Fahrtrichtung
Das Gemeine daran ist, dass der erste Fahrer in der Schlange gar nicht mitbekommt, was er anrichtet. Die Stauwelle erwischt die Fahrzeuge hinter ihm und bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von rund fünfzehn Kilometern pro Stunde gegen die Fahrtrichtung. Solange die Verkehrsdichte nicht abnimmt, löst sich solch ein Stau auch nicht auf - das passiert erst, wenn hinten weniger Autos ankommen, als vorne abfahren. Gummibandeffekt nennen Stauforscher das.

Immer im Kreis
Was Schreckenberg und Nagel einst theoretisch beschrieben, haben Experimente inzwischen bestätigt. Eine Forschergruppe um den japanischen Physiker Yuki Sugiyama ließ 2007 eine variierende Zahl von Autos auf einem 230 Meter langen Rundkurs fahren. Die Fahrer erhielten die Anweisung, mit konstanter Geschwindigkeit und ausreichend Sicherheitsabstand zu fahren. Es nützte nichts: War die Verkehrsdichte hoch genug, führten kleine Unregelmäßigkeiten in der Fahrweise irgendwann dazu, dass es zu Bremsmanövern und schließlich zum Stau kam.

Wie lassen sich also Phantomstaus verhindern? Theoretisch klappt das dann, wenn sich alle Fahrer mit konstanter Geschwindigkeit und gleich bleibendem Abstand bewegen - denn diese Fahrweise ist am effektivsten und ermöglicht den reibungslosesten Verkehrsfluss. Dass der Mensch dazu nicht in der Lage ist, hat das Experiment in Japan gezeigt. In der Realität ist es so, dass Autofahrer in der Regel gar nicht gleichmäßig fahren wollen. "Autofahren ist nichts anderes als das Spiel 'Wer ist am schnellsten am Ziel?'", fasst Michael Schreckenberg das Interesse der Autofahrer zusammen.

Vorsprung verteidigen
Und so kommt es, dass sich Menschen im Stau irrational und ineffektiv verhalten und damit Verkehrsstörungen noch verschlimmern: "Autofahrer versuchen in jeder Situation, mit Millimeterarbeit ihren Vorsprung zu verteidigen", erläuterte Schreckenberg in einem Interview mit der Süddeutschen Zeitung. "Jede Lücke wird sofort geschlossen. So kann kein Reißverschlusssystem funktionieren, so stockt jeder Verkehrsstrom."

Disziplinierte Krabbeltiere
Kluge Tiere sind da viel geschickter, weiß der Experte: "Im Unterschied zum Menschen stellen Ameisen einen geordneten Verkehrsfluss her, indem sie sich gegenseitig pulkweise durchlassen, sie drängeln nicht, es gibt keine Zusammenstöße." Dank ihrer Verkehrsorganisation verbringen die Krabbeltierchen relativ auch weniger Zeit im Stau als der Mensch.

Die Sensiblen...
Wer im Stau steht und auf die Kooperation der Mitleidenden setzt, hat also schlechte Karten: Schon zehn Prozent "egoistische" Autofahrer reichen aus, um minutenlange Verzögerungen hervorzurufen. Vielleicht wäre es ja schlauer, den Stau zu umfahren, um schneller ans Ziel zu kommen? Das Problem daran ist, dass ziemlich viele Leute auf die gleiche Idee kommen könnten: In einer Studie Michael Schreckenbergs waren es 44 Prozent der Autofahrer, die auf Staumeldungen reagierten und Alternativrouten wählten. Die Sensiblen nannte sie der Forscher.

...und die Taktiker
Das Verhalten der Sensiblen wollte eine andere Gruppe nutzen: Die Taktiker - 14 Prozent der Leute in Schreckenbergs Studie - steuerten gezielt Straßen an, von denen Staus gemeldet wurden, weil sie glaubten, dass andere Autofahrer die Störung umfahren und sich der Stau daher bald verflüchtigen würde. Und immerhin 42 Prozent - die Konservativen - ließen sich von Verkehrsmeldungen nicht beeinflussen und fuhren einfach, wie es ihnen passte.

Und der Gewinner heißt...
Ergebnis der Studie: Weder die Taktiker noch die Sensiblen waren die schnellsten. Am besten gefahren ist eine kleine, nur anderthalb Prozent der Teilnehmer umfassende Untergruppe der Konservativen: die Stoiker, die immer, komme was wolle, die gleiche Route nahmen. "Allerdings funktioniert das Prinzip nicht mehr, wenn auf einmal alle Stoiker werden", schränkt Michael Schreckenberg die Anwendbarkeit des Prinzips ein. Um dem Stau zu entkommen, gibt es daher nur eine sichere Strategie: Dort fahren, wo sonst keiner fährt.

Urte Paul (aktualisiert 25.03.2010)