La fisica di Duisburg

"Sono vuoti, confusi, privi di valori. Sono disperati. Sono schegge impazzite pericolose per sé e per gli altri. Sono stupidi. Si abbrutiscono con una musica cretina. E poi ci si stupisce se ci scappa il morto, anzi più di uno?": dopo la tragedia di Duisburg i commenti moralisti si sono sprecati. Non staremo a commentarli, ché già si commentano da soli. Però una constatazione la possiamo fare: un po' più di fisica non avrebbe fatto male. Agli organizzatori, beninteso, non alle vittime.
Andreas Schadschneider è un fisico teorico dell'Università di Colonia, in Germania. C'è chi si occupa di teoria delle stringhe, chi di cosmologia, chi di quantum information. Schadschneider si occupa di folle umane. Neanche a farlo apposta, proprio pochi giorni prima degli eventi di Duisburg aveva pubblicato sul numero di luglio di "Physics World" un lungo articolo dedicato alle ricerche sulle grandi masse di persone e sulla gestione dei loro movimenti specie in situazioni di pericolo e di emergenza. Perché, si sa, l'uscita tranquilla di migliaia di individui da un edificio è piuttosto semplice. Ma se dietro di loro avanza un incendio o un'inondazione, oppure se c'è il rischio di un'esplosione imminente, la faccenda si fa assai più complessa. Sui due piedi verrebbe da pensare che dovrebbe essere oggetto di indagine per psicologi o sociologi o urbanisti. Ma anche i fisici come Schadschenider hanno parecchie cose interessanti da dire. In particolare, lo studioso collabora con il progetto Hermes, finanziato dal Ministero tedesco per la Formazione e la Ricerca, il cui scopo è sviluppare un "assistente all'evacuazione". Che non è (come si potrebbe pensare con facile ironia) un purgante, bensì un sofisticato sistema per facilitare l'abbandono di un edificio da parte di una turba terrorizzata.
I singoli individui sono liberi di comportarsi come vogliono: tu sei lì, in mezzo alla folla, e tiri e spingi e pensi di poterti spostare come vuoi, magari per smarcarti verso l'uscita, e ti illudi di non essere condizionato dalle scelte collettive se non per il vincolo fisico imposto dalla presenza degli altri corpi. Poi però quel denso fluido umano ti sbatacchia di qua e di là, ti comprime, ti schiaccia contro un muro. Così, quando inciampi e senti il branco camminarti addosso, prima di perdere conoscenza concludi forse che la tua libertà era solo un'illusione. Perché la massa collettiva di individui liberi o che si credono tali è paragonabile a un insieme di particelle il cui comportamento può essere simulato e perfino previsto, conoscendo i vincoli e le condizioni al contorno. Per farlo, si usano modelli collettivi mutuati dalla fisica statistica, senza bisogno di conoscere le caratteristiche individuali dei singoli. Le previsioni possono poi essere confrontate con le osservazioni sperimentali, nel progetto Hermes effettuate con volontari in movimento costretti a muoversi lungo percorsi forzati, a incrociarsi dentro strettoie, a uscire attraverso colli di bottiglia. Si scoprono così risultati interessanti.
Per esempio, Schadschneider ritiene che il fattore "panico", associato a situazioni di violenza e di crollo dell'ordine sociale, sia spesso sopravvalutato. Lo studio a posteriori di decine di disastri ha mostrato che, anche in condizioni di pericolo estremo, emergono invece comportamenti virtuosi come l'altruismo e la cooperazione. D'altronde anche la competizione non sempre è controproducente: i modelli mostrano che se le vie di fuga sono strette l'evacuazione è più rapida quando le persone collaborano, mentre se le uscite sono larghe lo sgombero è più veloce quando gli individui competono. La spiegazione sta nell'attrito: non solo quello del contatto fisico, ma anche quello psicologico che induce ciascuno a lasciarsi condizionare dalle azioni di tutti gli altri.
A prima vista i modelli più efficaci per descrivere una moltitudine dovrebbero essere quelli presi dalla dinamica dei fluidi, nei quali la massa di persone viene trattata come un insieme continuo. In realtà, anche grazie alla potenza di calcolo dei computer, negli ultimi anni sono stati sviluppati soprattutto i modelli nei quali si distinguono i singoli individui. Con due differenti approcci. Il primo si basa sulle forze sociali: le influenze reciproche delle persone le une sulle altre. Queste forze sono di solito repulsive, perché gli umani tendono a difendere un proprio "spazio vitale" minimo. Ma non rispettano la terza legge di Newton della dinamica ("Se un corpo esercita una forza su un altro corpo, quest'ultimo esercita una forza uguale e contraria sul primo"): il caso estremo, rileva Schadschneider, è quello dello stalking, nel quale un individuo ne insegue un altro che fugge. Il secondo approccio è di tipo statistico: le decisioni individuali sulla direzione da seguire sono probabilistiche. Infatti nella stessa situazione persone diverse fanno scelte diverse. In questo caso gli individui sono descritti come automi cellulari e posti in una griglia bidimensionale con celle di 40x40 centimetri quadrati, corrispondenti a 6,25 persone per metro quadrato: la densità di una folla molto compatta. L'unità di tempo della simulazione è di 0,3 secondi, pari al tempo di reazione di una persona a un nuovo stimolo. Lo sviluppo dinamico è determinato dalla probabilità di transizione in una cella adiacente, probabilità determinata sia dalla configurazione presente sia da quelle passate. E' chiaro che, con migliaia di elementi, ci vuole una bella potenza di calcolo per simulare il sistema. Hermes cerca comunque di combinare entrambi gli approcci. Il problema è poi la verifica sul campo.
Già, perché un conto è creare un mondo virtuale di persone in fuga da un edificio, e un altro è poi constatare che cosa accade davvero. E non si può prescindere dagli studi empirici. Per questo bisogna anzitutto studiare gli eventi del passato, attraverso le testimonianze dei testimoni e, dove possibile, le riprese filmate dalle telecamere a circuito chiuso. Poi è necessario ricostruire i sistemi usando dei volontari e imponendo loro di seguire corridoi, di sviluppare flussi che si incrociano, di uscire da strettoie e colli di bottiglia. In questo modo si ritrovano nella realtà quei fenomeni già apparsi nelle simulazioni, come la formazione di sentieri privilegiati in grado di facilitare il movimento. Questo, com'è ovvio, finché tutto è tranquillo. Ma come replicare le situazioni di pericolo, con le persone spaventate che si accalcano e competono o collaborano? Schadschneider ammette che questo è un problema, perché nei casi di emergenza reale appaiono comportamenti individuali e collettivi differenti. Quindi gli studi empirici sono estremamente difficili e delicati, dovendo mantenere il rispetto per i volontari. Ma non per questo sono meno necessari. Per esempio, nel caso della progettazione dei nuovi, grandi aerei da trasporto bisogna poter dimostrare che il velivolo può essere completamente evacuato nel giro di 90 secondi. E durante la certificazione dell'Airbus A380 ci furono 30 feriti fra i passeggeri.
Queste ricerche sono però indispensabili per lo sviluppo di Hermes, l'assistente all'evacuazione. Il suo scopo sarà non solo fornire dati sulle vie di fuga e sulla distribuzione delle persone, ma anche suggerire strategie per i soccorsi. Quindi effettuerà anzitutto una raccolta di informazioni dalla vendita dei biglietti, dalle riprese delle telecamere, dalle misure fornite dai sensori di fumo, dallo stato delle uscite di emergenza e dalle condizioni delle porte tagliafuoco. Su questa base Hermes svilupperà una simulazione basata sui modelli fisici della folla, producendo una previsione delle aree di maggiore densità, delle ostruzioni e delle vie di fuga privilegiate. Poiché per fortuna la simulazione è comunque più veloce della realtà, Hermes potrà poi suggerire alla polizia, ai vigili del fuoco, al personale medico e paramedico dove concentrarsi e come reagire, eventualmente facilitando le azioni evasive oppure dirottando la turba in altre direzioni.
Ma tutto questo funzionerà? Hermes è ancora in fase di studio. Il primo test è previsto nell'estate del 2011 e comunque non sarà in condizioni di emergenza, neppure simulata. Poi verrà perfezionato e infine implementato e applicato ai grandi eventi, dai megaconcerti fino alle partite di calcio, dai comizi politici fino ai raduni per le visite papali. A riprova che la fisica, se la cerchi con attenzione, la trovi proprio dappertutto.