Een luchtige druk op de rem; FILEVORMING LIJKT OP KRISTALGROEI

De Duitse fysicus Boris Kerner denkt de oorzaak van filevorming gevonden te hebben. Hij vergelijkt een opstopping met de groei van een kristal.

SOMS LIJKT HET alsof files 'zomaar' ontstaan: er heeft aan geen van beide kanten van de snelweg een ongeluk plaatsgehad, er zijn geen werkzaamheden, het lijkt eigenlijk niet eens echt heel druk, en toch staat het verkeer plotseling muurvast. Bovendien duurt het heel lang voor de vaart er weer een beetje inzit. Als het aan Boris Kerner ligt, een theoretisch fysicus die werkzaam is bij Daimler Benz, dan is het met de Stau aus dem Nichts gauw afgelopen. Hij denkt de oorzaak van dit raadselachtige verschijnsel te hebben gevonden: files zijn een soort kristallen. En net zoals een stofdeeltje in een oververzadigde oplossing plotseling een prachtig kristal kan laten groeien, zou het wel eens die ene automobilist kunnen zijn geweest, die door even het rempedaal aan te raken aanstichter werd van al het fileleed achter hem. Zonder dat hij daar zelf erg in had.

Zo'n zes jaar geleden begonnen Kerner en zijn collega's metingen te doen op een stuk snelweg tussen Bad Homburg en Frankfurt. Daar worden door middel van een aantal lussen op zestien plaatsen de aantallen auto's die passeren en hun gemiddelde snelheden in elke rijbaan geregistreerd. In het algemeen zijn er op elk willekeurig moment van de dag drie soorten verkeer mogelijk. Bij lage verkeersdichtheid kunnen de auto's zich min of meer vrij bewegen. Er kan gemakkelijk van rijbaan worden gewisseld en worden ingehaald. Naarmate de dichtheid echter toeneemt, lijkt er plotseling één bepaalde snelheid aan alle auto's te worden opgelegd, het verkeer wordt als het ware 'gesynchroniseerd' en inhalen wordt moeilijker. Tenslotte kan er zo zelfs een file ontstaan.

Hoe die overgangen precies geschieden, was lang een mysterie, maar het verkeersverloop op woensdagmorgen 13 september 1995 bood Kerner opeens een nieuw inzicht. Hij publiceerde de opvallende uitkomsten van zijn analyses van die dag onlangs in Physical Review Letters (17 november 1997). Voor het eerst konden namelijk de verschillende overgangen tot op de minuut worden vastgelegd. Om precies tien over half acht nam de snelheid in de buurt van de eerste afrit in zeer korte tijd af van zo'n 100 naar 30 km per uur, van een vrije naar een gesynchroniseerde doorstroming. Toch was dat niet de oorzaak van alle problemen die zich daarna voordeden. Die lag wat eerder. Zo'n anderhalve kilometer verder gebeurde namelijk al iets om kwart over zeven. Op dat moment deed zich daar een veel kleinere, maar toch goed waarneembare snelheidsafname voor, omdat een groot aantal auto's vlak na elkaar de snelweg probeerde op te komen. Daarachter ging het echt mis. Doordat de snelheid wat afnam, nam de verkeersdichtheid toe, waardoor weer meer automobilisten langzamer gingen rijden en de gemiddelde snelheid nog lager werd.

Het was inderdaad alsof de verkeersstroom 'uitkristalliseerde'. Al het aankomende verkeer liep vast. En ook al nam het aantal invoegende auto's vrij snel drastisch af, de stremming bleef nog heel lang gehandhaafd. Pas toen het verkeersvolume tot meer dan de helft was gedaald, ontstond langzaam weer een vrije doorstroming.

Aan de andere kant van de opstopping gebeurde ook iets herkenbaars. Als verdampende moleculen schoten de auto's daar juist met hogere snelheden van de 'problemen' weg. In de rijrichting was er immers opeens ruimte genoeg. Ook dat kun je als een fase-overgang beschouwen, want wanneer de druk boven een vloeistof wordt verlaagd, kan deze zelfs bij lage temperaturen gaan koken. Kerner denkt dat de informatie die uit deze metingen verkregen wordt, uiteindelijk zal leiden tot betere filevoorspellingen en zelfs gebruikt kan worden bij het toekomstig ontwerp van wegen. Een mogelijke oplossing is wellicht het reguleren van de invoegende verkeersstroom met behulp van een stoplicht dat al naar gelang de drukte de toestroom beperkt. Dit is vooral in de Verenigde Staten al lang een veelgebruikte methode om filevorming tegen te gaan.