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Der Mensch als Teilchen

Wie die Soziophysik das Verhalten von Gruppen und Organisationen beschreibt

Von Rainer Scharf

Menschliches Verhalten lässt sich nicht auf einen Nenner bringen. Von daher scheint es abwegig, gesellschaftliche Phänomene und soziale Interaktionen mit den Methoden der statistischen Physik beschreiben zu wollen. In den letzten Jahren hat die Soziophysik allerdings erstaunliche Erkenntnisse zutage gefördert.

Gibt es im Verhalten der Menschen quantitative Gesetzmässigkeiten, die man mit den Methoden der Physik beschreiben und erklären kann? In den letzten Jahren hat sich mit der Soziophysik eine wissenschaftliche Disziplin etabliert, die diese Frage eindeutig bejaht und die überraschende Ergebnisse vorweisen kann. Die beobachteten Gesetzmässigkeiten haben indes nicht den Rang von universell gültigen Naturgesetzen. Sie lassen genug Spielraum für die freie Entwicklung der Menschen und ihrer Gesellschaft.

Simulation von Menschenmassen

Der Fussgängerverkehr ist ein Beispiel dafür, dass die Physik den Menschen als Forschungsobjekt entdeckt hat. Strömt eine grössere Menschenmenge aus einem Saal, dann ähnelt ihre Bewegung der eines Granulats aus vielen Partikeln, das durch einen Trichter fliesst. Davon ausgehend hat Dirk Helbing von der Technischen Universität Dresden die Bewegung von Menschenmengen durch eine Ansammlung von Teilchen simuliert, die von einer Kraft vorangetrieben werden und sich abstossen, wenn sie einander zu nahe kommen. Computersimulationen mit diesem Modell zeigen, wie es in einer Menschenmenge zu gefährlichen Situationen kommen kann, etwa wenn sich die Menschen bei einer Panik vor den Notausgängen verkeilen, und wie sich solche Situationen durch bauliche Massnahmen verhindern lassen. Eine Säule vor dem Ausgang teilt den Menschenstrom und hilft dabei, den Druck zu verringern.

Auch der Autoverkehr ähnelt einem System aus vielen Teilchen, die sich längs einer Bahn bewegen und sich abstossen, um Kollisionen zu vermeiden. Da Autofahrer ihr Verhalten auf die Verkehrssituation einstellen, müssen die Kräfte zwischen den Teilchen ebenfalls von der Situation abhängen. Mit solchen Modellen lassen sich Verkehrsstörungen wie Stop-and-go-Verkehr oder Stauwellen nachbilden. Man kann sogar den Autoverkehr eines ganzen Landes mit mehreren Millionen Fahrzeugen simulieren, wie es Kai Nagel und seine Mitarbeiter von der ETH Zürich für die Schweiz getan haben. So lassen sich verschiedene Szenarien durchspielen und Prognosen abgeben, wann sich der Verkehr wo stauen wird. Bei anderen Simulationen haben die Forscher die Tagesplanungen der Einwohner einer Stadt berücksichtigt, die zwischen Heim, Arbeitsplatz und Einkauf unterwegs sind. Dies führt einen schnell auf Fragen der Stadt- und der Verkehrsplanung. Auch hier kann die Soziophysik helfen, die Eigenarten des menschlichen Verhaltens zu berücksichtigen.

Als Autofahrer müssen wir uns oft für eine von zwei Routen entscheiden. Ist auf Route A ein Stau, dann wählen wir die (noch) freie Route B. Verhält sich die Mehrheit der Autofahrer genauso, dann ist die Route B verstopft und die Route A frei. Während jeder Einzelne zur erfolgreichen Minderheit gehören möchte, sollte insgesamt die knappe Ressource «Strasse» optimal genutzt werden. Wie man das erreichen kann, hat Dirk Helbing im Labor mit Testpersonen durchgespielt. Jeder Mitspieler wählte aufgrund des jeweiligen Strassenzustands vor jeder Fahrt eine der beiden Routen. Da die Mitspieler nicht genügend Informationen hatten, um sich untereinander abzusprechen, gab es zunächst Überreaktionen auf die ungleiche Nutzung der Strassen, und die Fahrtzeiten wurden im Durchschnitt unnötig lang. Doch allmählich zogen die Mitspieler Lehren aus ihren Erfahrungen und wandten unterschiedliche Strategien an, z. B. «Ich wähle B, da auf A letztes Mal Stau war», oder «Ich wähle A, weil die anderen diesmal A vermeiden werden». So entstand ein Gemisch von Strategien, das Überreaktionen und Engpässe vermeiden half.

Das Studium von Entscheidungsproblemen, die bei der Nutzung knapper Ressourcen auftreten, hat interessante Einsichten gebracht. Oft sind dirigistische Massnahmen nicht der beste Weg, die Ressourcen zu verteilen. Aber auch eine Regulierung über den Preis einer Ressource bringt nicht immer das gewünschte Ergebnis: Da für einige Mitspieler die Kosten weniger ins Gewicht fallen als für andere, wählen sie unter Umständen Strategien, die dazu führen, dass insgesamt die Ressourcen nur schlecht genutzt werden. Wie das Beispiel der Routenwahl jedoch zeigt, optimiert ein System gewissermassen von selbst die Nutzung der Ressourcen, wenn geeignete Spielregeln vorgegeben werden. Helbing ist davon überzeugt, dass man in vielen Bereichen der Gesellschaft und der Wirtschaft die Ressourcen durch bessere Koordination wesentlich effizienter nutzen kann. Die Soziophysik könnte den Weg dahin weisen.

Die Eigenschaften sozialer Netze

Auch bei der Erforschung sozialer Zusammenhänge hat die Soziophysik interessante Einsichten zutage gefördert. Die Menschen organisieren sich in zahllosen sozialen Netzen, z. B. durch Bekanntschaft, Freundschaft, sexuellen Kontakt oder E-Mail-Austausch. Obwohl die meisten Mitglieder eines solchen Netzes nur ein paar direkte Partner haben, können sie oft mit wenigen Schritten zu allen Mitgliedern des Netzes eine indirekte Verbindung herstellen. Untersuchungen, die auf den Sozialpsychologen Stanley Milgram zurückgehen, haben gezeigt, dass über eine Kette von sechs gemeinsamen Bekannten fast alle Menschen in den USA miteinander verbunden sind. Diese «Small World»-Eigenschaft haben viele soziale Netze.

Ausgehend von Beobachtungen, wie Menschen soziale Beziehungen aufnehmen, konnte Stefan Bornholdt von der Universität Leipzig die Eigenschaften sozialer Netze qualitativ erklären. So entwickelt sich unser soziales Netz persönlicher Bekanntschaften dadurch, dass wir über gemeinsame Bekannte neue Menschen kennen lernen, dass einige unserer Bekannten fortziehen, dabei aber den Kontakt aufrechterhalten und dass alte Bekanntschaften irgendwann enden. Nach einiger Zeit stellt sich ein Gleichgewicht im sozialen Netz ein, bei dem die Mitglieder in lokale Cliquen eingebunden sind, die wiederum miteinander vernetzt sind. Diese Vorhersagen überprüfte Bornholdt am Beispiel der besonders gut dokumentierten Koautoren-Netze. Zwischen zwei Netzmitgliedern besteht eine direkte Verbindung, wenn sie zusammen eine wissenschaftliche Arbeit veröffentlicht haben. Eine Datenbank mit den Veröffentlichungen von 55 627 Hochenergiephysikern war die Grundlage für das untersuchte Netz. Die Auswertung ergab, dass es sich tatsächlich um ein «Small World»-Netz handelte, bei dem jeder Autor durch wenige Schritte mit jedem anderen indirekt verbunden war. Auch die Cliquenbildung fanden die Forscher bestätigt. Das Netz enthielt überraschend viele Kleingruppen von Physikern, die immer wieder miteinander publiziert hatten.

In sozialen Netzen können sich Informationen und Meinungen ausbreiten. Hat uns etwa ein Kinofilm begeistert, so empfehlen wir ihn unseren Bekannten. Es beginnt eine positive Meinung über den Film durch das soziale Netz zu «sickern». Der Film wird ein Erfolg, wenn sich die positive Meinung in einem grossen Teil des Netzes ausbreitet. Diesen Vorgang hat Gérard Weisbuch von der Ecole Normale Supérieure in Paris «soziale Perkolation» genannt. Dietrich Stauffer von der Universität Köln hat die soziale Perkolation für Kinofilme an einem Modell untersucht. Erfüllte ein Film die Qualitätserwartungen des Publikums, dann breitete sich die gute Meinung über den Film im ganzen Netz aus, und er wurde zum Hit. Die Filmproduzenten konnten daraufhin beim nächsten Film die Qualität ein wenig verringern. War der Film hingegen ein Flop, so wurde der nächste Film etwas besser gemacht. Nach einiger Zeit pendelte sich die Qualität der Kinofilme knapp über der «Perkolationsschwelle» ein, die die Hits von den Flops trennte. Wurde zusätzlich Werbung für einen Film gemacht, so konnte man die für den Erfolg nötige Qualität ein wenig absenken. Durch diese Feinregulierung der sozialen Perkolation wurden die Kinofilme zwar erfolgreicher, aber leider nicht besser.

Information geht eigene Wege

Der Informationsfluss in Organisationen wie etwa einem Unternehmen hat Auswirkungen auf die Produktivität und die Entwicklung von neuen Ideen. Dabei folgt der Informationsfluss - zumeist in Form von E-Mails - nicht immer der Unternehmenshierarchie, sondern er schlägt oft eigene Wege ein, wie Bernardo Huberman von den HP Laboratories in Palo Alto, Kalifornien, beobachtet hat. Oft gibt es quer durch eine Hierarchie Cliquen, die bestimmte Probleme diskutieren und lösen. Einige Mitglieder spielen eine Schlüsselrolle bei der Bewertung und Weitergabe von Informationen. Huberman und seine Mitarbeiter haben Programme entwickelt, die anhand anonymisierter E-Mails diese Cliquen identifizieren. Dadurch könnte man schneller die richtigen Leute miteinander ins Gespräch bringen, um ein Problem zu lösen.

Dass sich Informationen in einem sozialen Netz ausbreiten wie Viren in einer Population, ist ein Irrtum. Für ein Virus hängt die Übertragungswahrscheinlichkeit nicht von der Zahl der schon erfolgten Übertragungen ab, für eine Information hingegen schon. Je grösser in einem sozialen Netz die Entfernung zwischen uns und einem anderen Mitglied ist, umso verschiedener sind die Interessen und umso geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass das weit entfernte Mitglied eine für uns interessante Information weitergibt. Huberman und seine Kollegen haben herausgefunden, dass sich Informationen in einem sozialen Netz meist nicht unbegrenzt ausbreiten. Viele gute Ideen bleiben deshalb irgendwo stecken und geraten in Vergessenheit.

Von der Multi- zur Monokultur

Was muss man tun, damit sich innovative Ideen in einem Unternehmen oder in der Gesellschaft durchsetzen und nicht spurlos «versickern»? Dieser Frage geht Frank Schweitzer nach, der ab Herbst 2004 an der ETH Zürich tätig sein wird. Er modelliert die Ausbreitung von Informationen oder Meinungen in einem sozialen Netz durch sogenannte Brown'sche Agenten. Diese Systemelemente sitzen auf einer Art Schachbrett und können Information aufnehmen, verarbeiten und an ihre Nachbarn weitergeben. Ein Agent vergleicht seine Information mit den Informationen in seiner Umgebung und passt sie ihnen bisweilen an. Ausserdem hat er ein schwaches Gedächtnis und vergisst seine Information manchmal. Computerexperimente mit solchen Agenten zeigen ein vielschichtiges Verhalten. Je schneller eine Meinung von einem Agenten zum anderen weitergegeben wird, umso besser sind ihre Chancen, sich durchzusetzen und zur Mehrheitsmeinung zu werden. Meist existieren im System mehrere unterschiedliche Meinungen nebeneinander. Haben die Agenten jedoch nur ein kurzes Gedächtnis, dann lässt sich vorhersagen, welche Meinung sich schliesslich durchsetzt.

Mit Brown'schen Agenten kann man auch den Antagonismus zwischen kultureller Vielfalt und Globalisierung untersuchen. Maxi San Miguel von der Universität in Palma de Mallorca hat die Agenten mit einer Reihe von kulturellen Attributen ausgestattet, die dem Einfluss ihrer Nachbarn unterliegen. Je ähnlicher ein Agent seinen Nachbarn war, desto eher übernahm er einige von deren Eigenheiten. Waren die Attribute der Agenten in einer Population anfangs bunt gemischt, so entwickelte sich ein multikultureller Zustand mit mehreren zusammenhängenden Subkulturen, in denen die Agenten die gleichen Attribute aufwiesen. Besassen die Agenten nur wenige Attribute, in denen sie sich unterscheiden konnten, entstand eine globale Monokultur. Ein Meinungsaustausch zwischen weit entfernten Agenten z. B. durch E-Mail beschleunigte diese Globalisierung. Auch hier zeigt die Soziophysik, wie sich das System unter bestimmten Bedingungen entwickelt. Es ist allerdings Sache der Menschen, diese Bedingungen festzulegen. Das kann ihnen die Soziophysik nicht abnehmen. 

Text: Neue Zürcher Zeitung, 2.06.2004

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