Stau aus dem Nichts - Warum unsere Straßen plötzlich verstopfen

In der brasilianischen Millionenmetropole São Paulo sind es die Autofahrer gewohnt, im Stau zu stehen. Vor allem am Vormittag und zur Rush-Hour am späten Nachmittag drängen sich rund zwanzig Millionen Autofahrer auf den Straßen. Am 11. Juni 2009 kam es hier zum größten jemals gemessenen Stau: Über 293 Kilometer erstreckte sich die Blechlawine.

Warum es auf unseren Straßen immer wieder zu derartigen Verstopfungen kommt, beschäftigt Forscher seit langem. Neue Modelle sollen jetzt nicht nur die Entstehung von Staus erklären, sondern auch, wie wir uns am klügsten verhalten.

Pro Jahr gibt es auf deutschen Autobahnen laut ADAC rund 160.000 Staus. Die Schäden, die dadurch entstehen, gehen in die Milliarden. Schuld können Unfälle sein, Baustellen oder verengte Fahrbahnen, die den Verkehrsfluss behindern, oder auch Großveranstaltungen und der Berufsverkehr. Ein großer Teil der Staus entsteht jedoch scheinbar aus dem Nichts: Ohne logischen Grund stockt plötzlich der Verkehr, verheddert sich und kommt zum Stillstand. Früher glaubte man, dass ein "Stau aus dem Nichts" dann entsteht, wenn schlicht zu viele Fahrzeuge gleichzeitig eine bestimmte Strecke nutzen wollen. Grundsätzlich ist das nicht falsch - doch die moderne Stauforschung hat herausgefunden, dass zahlreiche weitere Gründe eine Rolle für die verstopften Straßen spielen.

Das Nagel-Schreckenberg-Modell

Das bekannteste Erklärungsmodell stammt von Kai Nagel und Michael Schreckenberg. Anfang der neunziger Jahre gelang es den beiden Physikern zum ersten Mal, mit theoretischen Überlegungen über Verkehrsaufkommen und Verkehrsdichte die Ursachen für einen "Stau aus dem Nichts" zu demonstrieren. Ihrem "Nagel-Schreckenberg-Modell" zufolge reicht schon das Bremsmanöver eines einzelnen Autos, um eine Kettenreaktion in Gang zu setzen: Während der Erste nur kurz vom Gas geht, muss der Zweite schon bremsen und der Dritte noch mehr. Gleichzeitig nimmt das Wiederanfahren, so haben Forscher berechnet, rund zwei Sekunden mehr Zeit in Anspruch - ein Stau bildet sich. Der erste Fahrer bekommt davon nichts mehr mit: Die eigentliche Verkehrsverstopfung entsteht weit hinter ihm. Die Stauung wandert mit 15 Kilometer pro Stunde gegen die Fahrtrichtung weiter, hat Schreckenberg ausgerechnet. Damit wird den Autofahrern ihr Fehlverhalten also nie bewusst.

Wie eine Kettenreaktion ausgelöst wird

Der japanische Forscher Yuki Sugiyama setzte Schreckenbergs theoretische Überlegungen in die Praxis um. Er ließ 22 Autos über eine Strecke von 230 Metern im Kreis fahren. Jedes Fahrzeug sollte mit dem gleichen Abstand zum Vordermann starten und eine konstante Geschwindigkeit von dreißig Stundenkilometern einhalten. Eigentlich, so sollte man annehmen, müssten die Autos auf diese Weise ewig im Kreis vor sich hin fahren können. Doch etwas Erstaunliches geschah: Schon nach kurzer Zeit gab es erste Stockungen, und nach einmal einer Minute kam der Verkehr auf dem Rondell zum Erliegen. Dafür konnte Sugiyama ähnliche Gründe wie Schreckenberg ausmachen: Sobald ein Auto nicht die vorgeschriebene Geschwindigkeit einhielt, musste das nachfolgende Fahrzeug bremsen und es kam zum Stau. Und: Setzte er mehr Autos ein, entstand der Stau schneller; waren es weniger, löste sich er sich wieder auf.