Kva kan skje dersom ei folkemengd blir veldig tett?

I det same som portane til festivalen Tons of Rock opnar, byrjar tusenvis av menneske å strøyme inn over Ekebergsletta i Oslo.

Nokon småjoggar mot den store scena for å sjå favorittbandet Black Debbath starte det heile, som dei alltid gjer. Andre ruslar roleg med ein øl i handa.

Vennegjengar held saman, medan enkelte allereie har kurs mot merchandise-telta.

Dei fleste trur dei bevegar seg akkurat dit dei sjølv vil. Likevel veit forskarane at det snart vil oppstå mønster ingen har planlagt.

Stiar blir danna mellom buene, køar veks fram på dei same stadene og enkelte område blir tettpakka, medan andre held nesten fram med å vere tomme.

Ikkje fordi nokon har bestemt det, men fordi store folkemengder følgjer overraskande regelmessige mønster.

Kan ei stor folkemengd faktisk føreseiast?

For fysikar Eirik Grude Flekkøy ved Universitetet i Oslo er det også eit forskingsproblem.

– Ein kan samanlikne med å ta lokket av ein gassbehaldar. Då strøymer gassen ut, seier han.

Han skal få forklare det seinare.

Flekkøy er professor ved senter for porøse medium.

Når episoden til podkasten Nysgjerrige Norge blir spelt inn, står han på eit platå på Ekebergsletta saman med sosialantropolog Tone Sommerfelt frå fredsforskingsinstituttet PRIO og programleiar Kristopher Schau.

Dei ser utover det som snart skal bli ein av Noregs største menneskemengder.

– Den måten vi fysikarar har studert på, har vore å sjå på såkalte straumdragsbilete, der vi reknar ut eit gjennomsnitt av mange menneskes rørsle, seier han.

Sosialantropolog Tone Sommerfelt ser det same folkehavet, men legg også merke til noko anna.

Modellane kan brukast til å planleggje togstasjonar

– Det er jo ein forventningsfull masse. Folk kjem jo ikkje inn her heilt utan forventningar. Dei veit kva dei kjem til. Det finst konvensjonar for kva ein gjer på konsert, seier ho.

Der fysikaren ser straumdrag, ser antropologen også kultur.

– Her er vi forbi den gamle kultur-versus-natur-debatten som vi hadde på 1970-talet, seier Flekkøy.

Fordi modellane til fysikken byggjer på verdiar og veremåtar som varierer mellom kulturar, må forskarar i desse faga samarbeide i forsøket på å forstå rørsler i store folkemengder.

Faga møtest til dømes  i eit overraskande spørsmål: Kan ei stor folkemengd faktisk føreseiast?

Svaret har noko å seie langt utover musikkfestivalar. Dei same modellane blir brukte til å planleggje stadion, kollektivknutepunkt og andre stader der mange menneske samlast.

– Festivalportane kan samanliknast med ventilen på ein gassbehaldar

Når éin person bevegar seg gjennom ein festival, er det nesten umogleg å vite kor vedkommande går. Kanskje stoppar han ved ei matbu. Kanskje møter han ein venn. Kanskje ombestemmer han seg.

Men når titusenvis av menneske gjer det same samtidig, byrjar noko å skje.

På same måte som fysikarar ikkje følgjer kvart enkelt molekyl i ein gass, men ser på rørslene til heile systemet, kan store menneskemengder beskrivast ved hjelp av statistiske modellar.

– Temperatur er jo berre eit mål på kor fort molekyla bevegar seg. Det målet kan ein bruke på menneske òg, forklarer Flekkøy.

Her handlar temperatur om kor mykje folk bevegar seg, ikkje kor varmt det er. Menneske som står roleg framfor ei scene representerer ein «lav temperatur». Når publikum byrjar å springe, presse eller skifte retning, aukar ho.

Analogien stoppar ikkje der.

– Festivalportane kan samanliknast med ventilen på ein gassbehaldar. Lokket blir tatt av og gassen strøymer ut. Når tusenvis av menneske skal gjennom nokre få inngangar, oppstår dei same flaskehalsane som fysikarar kjenner frå straumdrag av gassar og væsker, seier professoren.

Ikkje heilt som ei væske

Likevel er menneske verken molekyl eller vassdropar.

– Analogien held eit stykke på veg, men ikkje heilt, seier Flekkøy.

Når publikum er spreidd utover festivalområdet, liknar rørslene mest på ein gass. Det er god plass mellom menneska, og alle kan velje sin eigen veg.

Etter kvart som området blir fylt opp, endrar biletet seg.

– Dersom menneska er så tette innpå kvarandre at dei ikkje klarer å justere plasseringa si til kvarandre lenger, blir det meir som eit fast stoff der posisjonen til molekyla er låst mot kvarandre, seier han.

Ei væske er derimot noko anna. Molekyla held seg tett saman fordi dei tiltrekkjer kvarandre, samtidig som dei kan gli forbi kvarandre og stadig skifte partnarar.

Menneske har inga tilsvarande tiltrekkjande kraft som held dei på plass, så menneskemengder liknar meir på ein gass, som godt kan bli veldig tett. Men ettersom gassar og væsker følgjer dei same straumdragslovene, kan dei modellerast på same vis.

Likevel viser studium at det gjennomsnittlege straumdraget i ei stor menneskemengd ofte kan beskrivast med dei same matematiske modellane som blir brukte for væsker.

– Om du ser på straumdragsbiletet, altså gjennomsnittsfarten til grupper av menneske, så liknar det veldig på straumdraget til ei væske gjennom ei trakt, seier Flekkøy.

Mønster ingen planlegg

Frå scenetårnet ser festivalområdet først tilfeldig ut. Men etter kvart blir stiar danna mot toaletta, strøymer mellom scenene og køar på dei same stadene – mønster ingen har planlagt.

– Ein vil sjå at alle bevegar seg litt. Så vil det kanskje dannast stiar mot baren og toaletta. Når folk skal ut, får du eit storskala straumdragsbilete som liknar straumdraget i ei væske gjennom ei trong opning, seier Flekkøy.

For fysikarar er dette eit døme på noko som kan beskrivast som aktiv materie.

– Aktiv materie er ei stor mengd partiklar som har si eiga framdrift, til liks med ein fisk, ein bakterie eller eit menneske, seier Flekkøy.

Sjølv om kvart menneske tek sine eigne val, kan heilskapen følgje mønster som ingen enkeltperson har bestemt.

Det er nettopp slike kollektive rørsler forskarane prøver å forstå.

Det skjer noko når talet på menneske blir stort nok

For ein fysikar er det freistande å beskrive ei folkemengd med likningar. Men Tone Sommerfelt meiner det er noko som går tapt dersom menneska berre blir til partiklar.

Ho er samd i at store menneskemengder kan utvikle mønster ingen enkeltperson har planlagt. Samtidig peikar ho på at menneske alltid kjem inn i ein sosial situasjon med forventningar, erfaringar og kulturelle reglar.

– Så eg ser ikkje berre eit straumdrag, sjølv om det er mykje uvisse i det òg. Det er nokre konvensjonar som regulerer dette, seier ho.

Det betyr at to folkemengder med same storleik ikkje nødvendigvis oppfører seg likt. Likevel skjer det noko når talet på menneske blir stort nok.

– Kvart enkelt menneske har ei eiga kraft. Men det kollektive resultatet kan ikkje styrast tilbake til intensjon. Det oppstår noko eige, og ein eigen dynamikk, seier Sommerfelt.

I forskinga blir slike fenomen omtalte gjerne som emergente fenomen – mønster som oppstår spontant når mange individ påverkar kvarandre. Ingen bestemmer at dei skal oppstå, men dei gjer det likevel.

Flekkøy beskriv det som noko av det mest fascinerande aktiv materie-forskinga har vist.

– Heilskapen er meir enn summen av delane. Det oppstår ein type dynamikk som ikkje er tilsikta frå individa, og som dermed skjer heilt spontant, seier han.

Når blir ei folkemengd farleg?

Dei fleste festivalar går utan alvorlege hendingar. Men historia viser at store folkemengder i enkelte situasjonar kan utvikle seg svært raskt frå å vere ufarlege til livstruande.

Det avgjerande er ikkje nødvendigvis kor mange menneske som er til stades, men kor tett dei står.

Ifølgje Flekkøy byrjar forskarane å sjå ei tydeleg endring når tettleiken passerer rundt fire menneske per kvadratmeter.

– Då byrjar folk å miste kontrollen over si eiga rørsle, seier han.

På dette nivået er det ikkje lengre enkeltmenneska som avgjer kvar dei bevegar seg. Kreftene frå menneska rundt overtek gradvis styringa.

I modellar av aktiv materie og i røynda oppstår det då eit overraskande fenomen.

Når eit storskala fenomen plutseleg endrar seg dramatisk

– Med dei høge tettleikane får du oscillerande rørsler. I løpet av rundt 20 sekund fullfører  kvart enkelt individ ei sirkelrørsle, forklarer Flekkøy.

Når mange tonn menneske bevegar seg samtidig, er det nesten umogleg for enkeltpersonar å stoppe rørsla.

– Når vi har ei sirkelrørsle med menneske som til saman veg ti eller tjue tonn, som ein trailer, og eit menneske eller nokre få menneske skal stoppe det, då blir det farleg, seier Flekkøy.

Ein tettleik som overskrid ein kritisk verdi er eit døme på eit tippepunkt der eit storskala fenomen plutseleg endrar seg dramatisk.

Tilsvarande tippepunkt og emergente fenomen blir studerte i antropologien og statsvitskapen, legg Sommerfelt til.

Eit døme er politiske straumdrag, som plutseleg bryt ut i demonstrasjonstog og masserørsler den dagen tilstrekkeleg mange meiningsfellar oppdagar kvarandre, og det blir meir freistande å stå innanfor enn utanfor.

Kan datamodellar varsle om farlege situasjonar?

Kunnskapen blir ikkje berre brukt til å forstå kva som skjer i store folkemengder. Den kan også brukast til å planleggje festivalområde, stadion og andre stader der mange menneske samlast.

Datamodellar kan mellom anna berekne kvar det sannsynlegvis vil oppstå køar, kva passasjar som blir flaskehalsar og korleis menneske fordeler seg mellom ulike attraksjonar.

– Om vi har attraksjonspunkt, og representerer menneska som partiklar, kan vi simulere det, seier Flekkøy.

Han understrekar samtidig at slike modellar har avgrensingar.

Det er vanskeleg å føreseie nøyaktig kva som kjem til å skje fleire minutt eller timar fram i tid. Derimot kan modellane fungere litt som vêrvarsling.

– Det ein kan bruke simuleringa til er å gjere korttidsprognosar, litt som vêrmeldinga. Du kan kanskje melde folketettleiken om eit minutt, eller ei kort tid, slik at ein kan slå alarm, seier han.

Målet er ikkje å føreseie enkeltmenneskes rørsler, men å oppdage når heile systemet er i ferd med å utvikle seg i ei farleg retning.

Derfor er ikkje menneske berre partiklar

Sjølv om fysikken kan forklare mykje av rørslene i ei folkemengd, meiner Sommerfelt at ho ikkje kan forklare alt.

Festivalar handlar også om ritual, forklarer ho. Publikum syng dei same songane, løftar armane samtidig, dannar «moshpits» og følgjer uskrivne reglar som nye deltakarar raskt lærer seg.

– Festivalar har eit klart rituelt preg. Folk gjer ting som ikkje berre er funksjonelle, men som får andre betydningar, seier ho.

Det er nettopp denne meininga som gjer at ikkje alle fenomen lèt seg beskrive med partikkelmodellane til fysikken.

Fenomenet «Walls of death» er eit døme: der deler publikum seg på midten og trekkjer til sidene, for så å springe mot kvarandre på eit gitt tidspunkt i låta som blir spelt på scena.

Det heile styrt av kultur, forventingar og koreografi, utdjupar sosialantropologen.

Samtidig peikar begge på at menneske kanskje ikkje er fullt så unike som vi ofte liker å tru.

Dyr dannar også mønster, og dei lærer av kvarandre. Forskjellen ligg først og fremst i korleis dei kommuniserer.

– Vi menneske er utstyrte med syn og taleevne. Fisk har eit organ som gjer at dei heile tida veit kvar dei andre fiskane er. Maur kommuniserer primært med kjemi, med lukt, seier Flekkøy.

Ingen kan føreseie kvar éin festivalgjest går. Men når titusenvis gjer det samtidig, blir  altså rørslene langt mindre tilfeldige. Det er desse mønstera forskarane prøver å forstå, både for å lære meir om menneskeleg åtferd og for å gjere store folkemengder tryggare.