فیزیکی که از تبدیل شدن جمعیت به ازدحام جلوگیری می‌کند

گروهی از دانشمندان که در حال مطالعه جشنواره سان فرمین در پامپلونا، اسپانیا هستند، معتقدند راهی برای پیش‌بینی حرکات یک جمعیت بزرگ وجود دارد.

هر ساله در ماه ژوئیه، در مراسم افتتاحیه جشنواره سان فرمین که نشان‌دهنده آغاز قریب‌الوقوع دویدن گاوها در پامپلونا، اسپانیا است، بیش از 5000 نفر در میدان مرکزی شهر جمع می‌شوند. جمعیت صبح را با لباس سفید شروع می‌کنند. تا ظهر، بیشتر لباس‌های آن‌ها توسط سانگریای آزادانه جاری، به رنگ صورتی درآمده است.

شرکت‌کنندگان در این رویداد، ازدحام پر سر و صدای مردم را برای دنیس بارتولو، فیزیکدان مدرسه عالی نرمال لیون، فرانسه، که جرأت نکرده خود را در میدان قرار دهد، توصیف کرده‌اند. او گفت که به او گفته شده است: "تراکم مردم آنقدر زیاد است که فقط احساس ناراحتی نمی‌کنید." "دردناک می‌شود، انگار می‌توانید فشار را روی قفسه سینه خود احساس کنید."

او طی چندین سال، این رویداد را با هدف کمک به جلوگیری از ازدحام‌هایی که می‌توانند در رویدادهای بزرگ عمومی مرگبار شوند، فیلمبرداری و مطالعه کرد. در مقاله‌ای که روز چهارشنبه در مجله Nature منتشر شد، دکتر بارتولو و همکارانش می‌گویند ممکن است پیش‌بینی حرکت خود به خودی یک جمعیت بزرگ در یک فضای محدود پس از عبور تراکم افراد از یک آستانه بحرانی، امکان‌پذیر باشد.

مطالعه جمعیت‌های بزرگ و متراکم، بسیار دشوار است. دکتر بارتولو گفت: "شما نمی‌توانید فقط هزار نفر را دعوت کنید تا در یک آزمایش شرکت کنند." حتی اگر می‌توانست، او افزود: "نمی‌دانستم چگونه ایمنی آن‌ها را تضمین کنم."

به همین دلیل جشنواره سان فرمین بسیار جذاب بود. این جشنواره شامل هزاران نفری است که هر سال به طور قابل پیش‌بینی و نسبتاً آرام جمع می‌شوند.

دکتر بارتولو و همکارانش دوربین‌هایی را در بالکن‌های بالای دو ساختمان در دو طرف مخالف میدان نصب کردند تا از شرکت‌کنندگانی که در زیر جمع شده‌اند، فیلم بگیرند. او گفت: "اگر نگاهی به ویدیو بیندازید، در واقع پویایی‌ها نامنظم، آشفته و متلاطم به نظر می‌رسند." اما او تعجب کرد که آیا می‌تواند یک اصل سازماندهی را که حرکات جمعیت را کنترل می‌کند، بیرون بکشد.

تجزیه و تحلیل این فیلم، چالشی شبیه به مطالعه جریان آب بود. دکتر بارتولو گفت: "البته شما نمی‌توانید موقعیت هر مولکول آب را تشخیص دهید. این غیرممکن است." و با این حال، تکنیک‌های ریاضی از زمینه دینامیک سیالات وجود دارد که به محققان اجازه می‌دهد جریان یک ماده را با بررسی جهت و سرعت آن اندازه‌گیری کنند. دکتر بارتولو همین روش‌ها را در جشنواره سان فرمین به کار برد.

مشخص شد که جمعیت‌ها کمتر از آنچه به نظر می‌رسند، آشفته هستند. در عوض، محققان نوسانات دایره‌ای را در دریای مردم تشخیص دادند. دکتر بارتولو گفت: "ما در مورد صدها، اگر نگوییم هزاران نفر صحبت می‌کنیم که همه به طور همزمان یک مسیر دایره‌ای یکسان را دنبال می‌کنند."

علاوه بر این، حرکات مداری، که در آن هر فرد یک دایره تقریبی را از نقطه شروع فردی خود در جمعیت ترسیم می‌کند، در این میدان خاص 18 ثانیه طول کشید تا کامل شود. این زمان‌بندی آنقدر قابل اعتماد بود که دکتر بارتولو گفت "شما می‌توانید ساعت خود را" با پویایی‌های این جمعیت تنظیم کنید، حتی اگر حرکات در ابتدا تصادفی به نظر برسند.

سپس تیم تحقیقاتی آنچه را که آموخته بودند، در یک ازدحام مرگبار به کار برد. آن‌ها فیلم‌های نظارتی از Love Parade سال 2010 در دویزبورگ، آلمان را بررسی کردند، جایی که 21 نفر جان باختند و صدها نفر دیگر در یک ازدحام زخمی شدند. دکتر بارتولو گفت: "و ما همان نوسانات را تشخیص دادیم،" که درست قبل از ازدحام مرگبار ظاهر شدند.

هنگامی که محققان یک مدل ریاضی از مکانیک جمعیت ساختند، دریافتند که بالاتر از یک تراکم بحرانی از افراد، این حرکات دایره‌ای به طور خود به خود ظاهر می‌شوند. آن‌ها به هیچ نیروی داخلی یا خارجی، مانند هل دادن فعالانه افراد به یکدیگر، بستگی ندارند.

به عنوان یک اقدام احتیاطی، دکتر بارتولو پیشنهاد می‌کند که جمعیت‌های متراکم را از نظر این حرکات مداری نظارت کنید. تشخیص آن‌ها می‌تواند هشداری زودهنگام از ظهور حرکات خطرناک و کنترل نشده ارائه دهد. او می‌گوید با گرفتن نوسانات در زمانی که کوچک هستند، سازمان‌دهندگان رویداد می‌توانند از جمعیت بخواهند که پراکنده شوند، یا بی‌حرکت بایستند، قبل از اینکه مدارها در اندازه بزرگ شوند و منجر به له شدن یا زیر پا گذاشتن افراد شوند.

آنالیسا کوائینی، ریاضیدان محاسباتی در دانشگاه هوستون که در این مطالعه شرکت نداشت، در مورد چنین کاربردهای واقعی گفت: "ما هنوز به آنجا نرسیده‌ایم." داشتن یک مکان با نور مناسب که با دوربین‌های با کیفیت بالا فیلمبرداری شده باشد، یک چیز است. اما به عنوان مثال، فیلم‌های امنیتی شبانه دانه‌دار ممکن است حرکات دایره‌ای آشکار را نشان ندهند.

با این حال، دکتر کوائینی این تحقیق را یک سهم مهم در درک رفتار جمعی جمعیت‌های بزرگ و متراکم خواند.

او گفت: "این یک تلاش بزرگ است." "و یک روز، ما قادر خواهیم بود از آن در یک محیط عملی استفاده کنیم."