Voor de beste ervaring schakelt u JavaScript in en gebruikt u een moderne browser!
Switch to English

Zodra doorstroming op de snelweg volledig tot stilstand is gekomen (bij het ontstaan van een file), gedragen auto’s zich precies hetzelfde als moleculen in een stollende vloeistof. Tot deze conclusie komen natuurkundigen van de UvA. De resultaten zijn deze week gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift 'Physical Review Letters'.

Het onderzoeksteam, onder leiding van dr. Peter Schall, vroeg zich af of principes die voor de natuurkunde gelden, toe te passen zijn op domeinen buiten dit vakgebied. Ze vergeleken hiertoe het stollen van glas met het ontstaan van files. Deze twee verschillende processen bleken met dezelfde vergelijkingen te kunnen worden beschreven. Het onderzoek is een aanzet tot een universeler begrip van plotselinge dynamische stilstand dat toegepast kan worden op vele systemen.

Aan de hand van computersimulaties van autoverkeer onderzochten de UvA-wetenschappers de doorstroom van verkeer bij een toenemende dichtheid van auto’s. Daarbij gingen zij ervan uit dat chauffeurs overreageren door te remmen.  

Overeenkomst tussen moleculen en auto’s

De onderzoekers vergeleken het gedrag van auto’s met het gedrag van moleculen in een vloeistof die afkoelt en stolt tot een vaste stof. Uit de resultaten blijkt dat het gedrag van de auto’s identiek is aan dat van de moleculen zodra de doorstroming volledig tot stilstand is gekomen. Vlak voordat de volledige stilstand optreedt, organiseert de steeds langzamer wordende beweging zich op een hiërarchische manier. Het remmen van een auto beïnvloedt niet alleen de auto er direct achter, maar ook de auto’s daar weer achter – en in feite zelfs alle auto’s erachter. Het effect van remmen wordt steeds minder naarmate de afstand tot de eerste auto die remt groter wordt, maar het is er altijd.

Dergelijk gecorreleerd gedrag staat in de natuurkunde bekend om de plotselinge reacties die kunnen optreden bij kleine veranderingen in het systeem. Bekende voorbeelden zijn de faseovergangen tussen gassen, vloeistoffen en vaste stoffen. Terwijl deze overgangen evenwichtstoestanden beschrijven, kan het toepassen van dit idee op de beschrijving van plotselinge dynamische stilstand een nieuw kader opleveren om te begrijpen hoe een diversiteit aan systemen om ons heen vastlopen.

De resultaten kunnen worden toegepast bij het bestuderen van complexe materialen zoals voedsel of  in onderzoek naar biologische cellen waar de dichtheid van het netwerk van biopolymeren (bijvoorbeeld DNA of eiwitten) allerlei transportprocessen in de cel kan vertragen.

 

Het onderzoek is uitgevoerd in het kader van het NWO-onderzoeksprogramma Complexity, zie onderstaande verwijzing.

 

Publicatiegegevens

A. S. de Wijn, D. M. Miedema, B. Nienhuis, en P. Schall: ‘Criticality in Dynamic Arrest: Correspondence between Glasses and Traffic’. Physical Review Letters (109, 22, 2012).