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Der Stau – ein schwer kalkulierbares Phänomen

14.08.2013, 15:10 Uhr  ·  Im Sommer sind besonders viele Autos unterwegs, und verursachen besonders viele Staus. Helfen können Modelle, Simulationen – und Daten, die wir alle täglich liefern.

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Ich fahre so selten Auto, daß ich mittlerweile vor längeren Autofahrten geradezu aufgeregt bin – meistens ziehe ich es klar vor, mich von der Bahn chauffieren zu lassen. Dabei kann ich in Ruhe lesen oder arbeiten, sofern nicht gerade Damenreisegruppen oder enorm schlecht erzogene Kinder im Abteil sitzen. Ich kann mir etwas zu essen zu holen, ohne anzuhalten, und oftmals bekomme ich sogar noch spaßige Unterhaltung geboten. Sollte ich aber müde und der Unterhaltung überdrüssig sein, lehne ich einfach den Kopf zurück, stöpsele Musik in meine Ohren und mache ein Nickerchen. Am tollsten jedoch ist: ganz gleich, was passiert, wie früh oder spät der Zug ankommt – es liegt nicht in meiner Hand, ich mache das Beste aus den Umständen und komme in der Regel einigermaßen entspannt an.

Auf der Autobahn hingegen muß ich mich konzentrieren, die Zeit ist komplett vertan, man wird dabei müde, muß für jedes Bedürfnis (Hungermüdepipidurst, Mama!) anhalten, und fragt sich permanent, ob man nicht lieber hier abfahren sollte, um Staus zu entgehen, oder sonst irgendwas unternehmen, damit es endlich wieder vorwärts geht. Man flucht über den drängelnden Vordermann, obwohl der vielleicht gerade auf dem Weg ins Krankenhaus zu seiner schwerkranken Mutter ist, schimpft über den lahmen Opa, während man selbst in zehn Jahren genauso bedächtig fahren wird, rast irgendwann übermäßig, um die verlorene Zeit aufzuholen, und kommt völlig entnervt am Ziel an. Kürzlich hatte ich endlich mal wieder das Vergnügen, längere Strecken mit dem Auto zu fahren, und verstehe immer noch nicht, was andere Menschen daran finden.

© Eigenes Bild 

Mir schien, der deutsche Durchschnittsbürger hat das Reißverschlußsystem mittlerweile verstanden, denn das funktionierte besser als in meiner Erinnerung, aber ansonsten: Es ist mühsam. Der Stau, in dem ich mich wiederfand, war leicht erkennbar einem liegengebliebenen LKW geschuldet – darüber hinaus jedoch ist die Stauforschung eine Wissenschaft für sich.

Staus sind logisch, wenn ein Hindernis im Weg ist. Aber auch ohne Hindernis braucht Verkehr Platz – zuviele Autos auf zu engem Raum verursachen Stau, so daß schon eine Steigung, oder einfach nur sehr viel Verkehr und eine Bremsung zum totalen Stillstand führen können. Der Fehler liegt dabei in der menschlichen Reaktion: bremst einer, muß der nachfolgende Fahrer ebenfalls bremsen, und das umso heftiger, je geringer der Abstand ist. Dieser kleine “Verkehrsschock” pflanzt sich durch die nachfolgenden Autos fort, und wird dabei immer heftiger, bis irgendwann keiner mehr fahren kann – denn auch die Gegenreaktion, vorne, wenn die Bahn wieder frei ist, erfolgt mit Verzögerung. Viele Staus ließen sich vermeiden, wenn die Fahrer nur alle mit mehr Abstand fahren würden, weil damit mehr Zeit für ruhige Reaktionen bliebe und gar nicht erst die kritische Dichte an Autos erreicht würde – aber es gibt ja bekantlich immer drängelnde Idioten, insofern wird das wohl Utopie bleiben.

Verkehr zu modellieren bringt besondere Schwierigkeiten mit sich. Während zum Beispiel in der Volkswirtschaft die meisten Modelle aus Gleichungssystemen bestehen, funktioniert das möglicherweise bekannteste Modell zur Verkehrssimulation ganz anders, nämlich wie ein sogenannter Zellularautomat.

© Eigenes Bild 

Dabei wird die Straße in Felder, bzw. Zellen eingeteilt, in welchen sich Autos befinden, oder eben auch nicht. Jedes Fahrzeug hat eine Ausgangsgeschwindigkeit und reagiert auf sein Umfeld in Abhängigkeit von den Umständen. Bei freier Fahrt beschleunigen Fahrer bis zu einer festgelegten Höchstgeschwindigkeit, bei Anblick des Vordermanns wird irgendwann gebremst, und manchmal trödelt ein Fahrer auch einfach gedankenlos vor sich hin. Nach diesen Regeln werden alle Fahrzeuge in Runden vorwärtsbewegt zu den nächsten Zellen, fast wie in einem Brettspiel. Bildet man die verschiedenen Geschwindigkeiten und die Dichte der Fahrzeuge auf einer Autobahn ab, ergeben sich hübsche und sehr informative Bilder.

Vor allem zeigt das Modell: wenn einer trödelt und andere auffahren, entsteht eine Bremswelle, die sich nach hinten fortsetzt – und zum Stau werden kann. Dem entgegenzuwirken ist sagenhaft schwierig, eben weil menschliches Verhalten so unberechenbar ist. Mit zunehmender Rechnerkapazität wird aber sogar das Unmögliche möglich: einer der Erfinder des oben genannten Modells arbeitet inzwischen an Verkehrprogrammen, die Staus vorhersagen können, und zwar sogar unter Berücksichtigung menschlichen Verhaltens. Dafür braucht es erstens komplizierte Algorithmen- und zweitens Daten.

© Eigenes Bild 

Radiosender haben Stauhelikopter, die ihnen Meldungen einreichen – aber moderne Navigationsgeräte geben Warnungen nahezu in Echtzeit aus und sind natürlich keine Glaskugel – sie arbeiten mit den selbstgenerierten Informationen. Wer den Staudienst nutzen möchte, willigt automatisch in die Weitergabe seiner eigenen Positionsdaten ein, und mit der Verbreitung von Navigationsgeräten (mittlerweile sind mehr als 30 % der Autos damit ausgestattet) sind Daten in einzigartiger Fülle verfügbar geworden – dasselbe gilt natürlich für als Navi genutzte Smartphones.

Das allein löst aber noch keine Probleme: Im Stau vertrauen viele auf ihr Navigationssystem, folgen den Umleitungen, die aber gar nicht für das dabei entstehende Verkehrsaufkommen gebaut wurden, und daher ebenfalls schnell dicht sind. Könnte man rechtzeitig gerade die richtige Menge an Verkehr umleiten, würde die staugefährdete Autobahn entlastet, ohne die Umleitung zu überlasten. Entsprechende Programme sind in Vorbereitung, unter anderem in Nordrhein-Westfalen, aber die daraus entstandenen Dienst müssen natürlich erst einmal Verbreitung finden und von einer kritischen Menge an Fahrern genutzt werden. Man darf aber gespannt sein, ob das Ruhrgebiet vielleicht in fünf Jahren staufrei wird.

© Eigenes Bild 

Viele Erkenntnis dieses Forschungsgebiets lassen sich auch auf Menschenmassen übertragen, die zu Fuß Engpässe passieren müssen. Bisher wurden diese meistens ähnlich wie strömende Flüssigkeiten modelliert, was allerdings die spezifischen Verhaltensweisen einzelner Teilchen nicht abbilden kann. Auch dort gibt es Fortschritte, mit deren Hilfe gezeigt werden kann, wie Panik und Herdentrieb dazu führen, daß sich Situationen verschärfen.

Auch wenn keiner der Ansätze die perfekte Lösung bereithält, sind die Erkenntnisse hilfreich: Streckenführung und die Anlage von Ausgängen bei Großveranstaltung können so geplant werden, daß der Verkehr vorher schon abgebremst wird, so daß das typische Stauverhalten auch bei Fußgängern gemindert und die Dichte von Individuen gesenkt wird. Autofahrern wiederum kann man in der Fahrschule beibringen, wie man sich optimal verhält – und je mehr Fahrer sich optimal verhalten, desto besser fließt der Verkehr.

Mich allerdings werden Sie eher nicht auf der Autobahn treffen, ich fahre weiter Bahn und genieße die Zeit, die ich dadurch für andere Tätigkeiten gewinne – und entziehe mich nebenbei dieser weiteren Dimension des Überwachungswahns, ganz egal, wie nützlich das sein mag. In einigen Jahrzehnten wird sich das Problem durch den demographischen Wandel ohnehin lösen, wenn es weniger Autos auf deutschen Straßen gibt – oder wir alle zu Fuß laufen, weil das Öl alle ist.

 

Veröffentlicht unter: Black Box, Forschung, zukunft, Verkehr, Daten

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Lesermeinungen zu diesem Artikel (34)
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0 E.R.Binvonhier 14.08.2013, 20:44 Uhr

Gebe zu Bedenken,

...dass weniger Menschen auch weniger Strassen bedeutet und die werden dann genau
so voll sein wie immer.
Das Stauproblem löst sich dadurch nicht.

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...

Bei der Bahn und vor Gericht ist man in Gottes Hand.

Werte Sophia, Sie waeren eine gute Katholikin. Bei mir ist die Psychologie genau andersherum. Bahnfahren stresst mich wesentlich mehr als Autofahren, weil ich bei letzterem zumindest eine Illusion von Restkontrolle habe. Der Bahn hingegen ist man ausgeliefert.

Habe vor ein paar Wochen einen Vortrag von Dov Levine gehoert (der vor 20 Jahren schon zellulare Automaten benutzt hat um Verkehrsprobleme und die sog. "jamming transition" zu modellieren). Offenbar spielt er wieder mit diesen Modellen rum. Leider gibt es die faszinierenden Videos dazu nicht online (war alles unpublished).

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0 Wolfgang Hennig 14.08.2013, 22:42 Uhr

Pssst...nicht weitersagen...

ich habe aus zuverlässiger Quelle gehört, es wird nach der Energiewende die
Flugwende kommen, nur noch kleine, niedliche Privathubschrauber...Autos...
Schnee von gestern. Und das beste, Elektrohubschrauber die während des Fluges
an Steckdosen aufgeladen werden können, die an Siemens Lufthaken hängen.
Aber alles noch streng geheim, sagt Snowden...also nicht weitersagen...:-)

Eine Lüge ist bereits dreimal um die Erde gelaufen, bevor sich die Wahrheit die Schuhe anzieht.
Mark Twain

...das gilt auch für nette "Staugeschichten"...von Mathematikern, Demographenwandler,
Psychologen, Stauphilosophen....
außer für Sie, Sie fahren ja staufreie Bahn...und denken über Stau-Befreiung nach.

Das absurde am Menschen ist, daß er, trotz Reflexionsmöglichkeit seines Geistes
und gesunder Augen, nicht sieht, daß er sich selber Ad Absurdum führt...
in Bezug auf Geld, technischem Fortschritt und "Lösungen" finden für die
damit verbunden "Probleme"...die er sieht...aber die echten, von Geld und
techn. Fortschritt ausgelösten Probleme "übersieht" er,
Erdezerstörung und Menschen-Elend...wegen seiner anmaßenden Intelligenz....:-)

MfG
W.D.H.

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0 Ska von Schöning 15.08.2013, 10:46 Uhr

Liebe Autorin, Sie sprechen mir aus dem...

Liebe Autorin,

Sie sprechen mir aus dem Herzen. Zu Ihren Ausführungen hörte ich, welch Koinzidenz, gestern einen witziger musikalischen Beitrag im Radio: "Im Stau - Mach das Beste draus, hier kommt keiner raus". Ein Aufruf zum Straßenfest - warum nicht auch mal diese Variante.

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Elegant Stauen

Liebe Sophia, ein passender Beitrag von Ihnen zu dieser Jahreszeit der Massenbewegung in und aus Richtung Süden. Nun schlägt ja wieder die Stunde der Berufspendler zur ausgehenden Urlaubszeit.
Was das Marketing angeht, oh ja, das hat es geschafft, den Menschen einen GolfVI mit 1400KG und höherem Verbrauch anzudrehen im Gegensatz zur ersten Variante von 1973 mit ca. 800KG. Gibt es einen schlechteren Wirkungsgrad bei einer Maschine?
Nicht zuletzt, neben Ihren trefflich vermerkten Vor- und Nachteilen sollte man nicht die Unfallgefahr und die damit verbundenen Kosten, Umwege und Zwangsübernachtungen außer Acht lassen. Aber doch stimmt auch die Illusion einer Restkontrolle im PKW, wie T.I.M. bemerkt. Doch nur allzu selten passieren ja Unglücke wie kürzlich in Nordspanien. Allerdings fährt im Abteil auch immer die latente Angst vor netzaffinen dauertelefonierenden und mit üblen Dialekten ausgestatteten, lautsprechenden Zeitgenossen mit, die die Ohren ermüden. Da allerdings ist das mit allerlei techn. Raffinessen ausgestattete Auto, in dem gregorianische Choräle das Stauen versüßen, doch eleganter.

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1 Aristius Fuscus 15.08.2013, 13:30 Uhr

Werte Frau Infinitesimalia, die Lösung des...

Werte Frau Infinitesimalia,
die Lösung des Stauproblems wird wahrscheinlich von den Autos selbst kommen. Kürzlich konnte ich mal 7er BMW fahren. Man stellt einfach die gewünscht Geschwindigkeit ein, den Rest macht das Auto mehr oder weniger alleine, einschliesslich Einhalten des korrekten Abstandes zum Vordermann. Ich dachte ja immer, dass ich über diesen Gimmicks stehe, muss aber gestehen, dass ich das Auto nur sehr ungern dem Verleiher wieder zurückgegeben habe.
So wird der menschliche Faktor früher oder später ausgemerzt. Ich weiss allerdings auch nicht, wo dann noch der UNterschied zum Bahnfahren sein soll.

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2 Thorsten Haupts 15.08.2013, 14:11 Uhr

Wenn ich mich richtig erinnere, hat ein Prof. Walter um 1985 an der RWTH Aachen

schon einmal ausgerechnet, dass bei konstanter Geschwindigkeit und konstanten Abständen mehr als doppelt soviel Fahrzeuge einen gegebenen Strassenabschnitt passieren könnten, als bei freier individueller Fahrweise.

Bei einem Blick auf die täglichen Massenstaus auf deutschen Strassen - ein Grund mehr, warum in 100 Jahren Historiker mit grossem Befremden auf die kurze Periode der Menschheit blicken werden, in der es üblich war, Warenlager auf der Strasse zu halten. Und in der eine Mehrheit von Individuen einzeln, in mehreren Kubikmetern metallumbauten Raumes, unter Verbrennung einer nicht regenerierbaren, endlichen Resource, alle Entfernungen von mehr als 100 Metern zurücklegten.

Gruss an die sinnvollerweise Bahnfahrende,
Thorsten Haupts

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Technische Systeme und der Mensch

Das Problem: Nichts ist so zuverlässig wie die Unzuverlässigkeit.
Es gibt einfach zuviel Autos. Und, lieber Thorsten Haupts, es wird, meine ich, keine 100Jahre dauern, bis sich die heutigen Karossen wie Pferd und Wagen ausnehmen: 2,3Tonnen, um eine Person zum Golplatz zu karren, wirkt schon jetzt archaisch.
.
Das einzige Land, in dem man noch schön durch die Lande zuckeln kann - dank schön ausgebauter Straßen in bester Qualität mit EU-Geldern, ist Spanien. Gerade bin ich das ganze Land durchquert und ich muß sagen: nie war Autofahren angenehmer.
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Im übrigen glaube ich auch, daß bspw. Navis zu einer unbesonnenen Fahrweise geführt haben nach dem Motto: ich komm da schon durch. Ebenso wie andere techn. Einrichtungen wie ABS etc. Man gibt der Technik zuviel Verantwortung.

0 Bernd Raedle 15.08.2013, 16:30 Uhr

Mit Gepäck reisen...

Wer schon mal mit einem grossen Reisekoffer auf einer Nord-Süd-Strecke, womöglich noch an einem Freitag, unterwegs war, wird sich überlegen ob er beim nächsten Mal doch nicht das Auto nimmt.
Immerhin muss er im Auto nicht mehrere Stunden eingeklemmt zwischen schwitzenden Menschen stehen, sondern kann sich im Auto elegant zurücklehnen wenn er im Stau steht.

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0 KätzchenKarla 15.08.2013, 17:07 Uhr

Bahn vs. Auto

Ach beides hat ja so seine Vor- und Nachteile. Als ehemaliger Bahn- und Buspendler und jetziger Autofahrer genieße ich die Freiheit des "Einfach-Losfahren-Könnens". Die Flexibilität eines Autos kann der ÖPNV maximal in Großstädten erreichen (wo er meist sogar schneller ist). Im Fernverkehr dagegen sei gesegnet, der eine gute Strecke erwischt - ohne Umsteigen am besten und ohne lästige Anfahrtswege zum Bahnhof. Und die Preise?

Es ist eine Frage der Strecke, wann sich was eher lohnt. Aber Vor- und Nachteile habe beide Fortbewegungsmöglichkeiten. Und im Stau-Stehen ist auch nichts anderes als das Zu-Spät-Kommen der Bahn... unbeeinflussbar, ärgerlich, überflüssig = Zeitverschwendung.

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0 Riesenschecke 15.08.2013, 17:19 Uhr

Reißverschlußverfahren

Was das Reißverschlußverfahren angeht, habe ich nicht den Eindruck, daß das Prinzip allen so richtig klar ist. Ich beobachte häufig, daß viele Autofahrer viel zu früh anfangen, die Spur zu räumen anstatt den Platz bis kurz vor der Sperrung auszunutzen. Dadurch wird die Fahrzeugschlange auf der verbleibenden Fahrspur immer länger und es kommt zum Rückstau. Würden beide Spuren möglichst lange ausgenutzt, käme es weniger zu diesem Effekt.

Lange regelmäßige Bahnfahrten habe ich zuletzt als Wehrpflichtiger gemacht. Da gab es noch keine Handys und es gab höchstens Kindergeschrei und endlos labernde Omas. Heutzutage ertrage ich Hamburg-München nur noch in den Ruhezonen. Obwohl die auch nicht immer respektiert werden...

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bei ca. tempo 40 ist der durchsatz ungefähr...

bei ca. tempo 40 ist der durchsatz ungefähr maximal. das weiß man - und bleibt gelassen. denn langsamer muss es bis dahin meistens werden. und ja, bahnfahren ist prima, aus den genannten gründen - und weil für den ein oder anderen soviel zauberberggefühl mit drin steckte - "zeit ist lethe - und auch fernweh ist so ein trank". "Denn Station Landquart liegt vergleichsweise noch in mäßiger höhe; jetz aber geht es auf wilder, drangvoller Felsenstraße allen Ernstes ins Hochgebirge..."
.
wobei erst die moderne telemetrie und größere masse das fahren wieder angenehm macht. gibt nicht schöners, als mit einem 40-tonner fernverkehrs-lkw täglich 8-10 stunden zu reisen, 2800 bis 3200 km international pro woche. abstandsregeltempomat sei dank. und weil es den deutschlandfunk gibt. auf mittel- und langwelle überall in deutschland. und europa, nicht bloß zwischen frankfurt und karlsruhe, nein, pyrenäen oder gibraltar, rom oder rostock müssen regelmäßig auch schon mal sein. und weil der lkw morgens um 5:30 hinten rückwärts an die rampe kommt, man lange vor den langweiligen bürozeiten der anderen und ihrer pseudoprobleme wieder weg sein kann.
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denn hand aufs herz, wer wollte schon büromäßig teil einer kollektiven erwerbsbilanz sein - und von kaufmansbestrebungen? die gehören gerne dazu, aber das buch, dem buche gehört doch wohl das meiste. und das buch des lebens ist eine strasse. nicht? oder ein hörbuch.
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und zu hause waltet die züchtige hausfrau. züchtig eben. und ggfls voller gedanken. aber das war früher. die frauen ändern sich.
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0 Karl-Heinz Knoche 15.08.2013, 18:23 Uhr

Waze

Ich weiss nicht, wie weit das Programm in Deutschland verbreitet ist, aber hier in Brasilien verwenden die meisten die App. "Waze". Das Programm zeigt nicht nur Staus sondern auch sonstige Probleme (z.B. Polizeikontrollen, Unfälle) an.

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Öl

Guter Text, aber wenig Neues! Und das Öl wird genau so wenig in unserem Leben ausgehen wie es keinen Klimawandel gibt. Das sind von der Industrie und der Politik erfundene Szenarien, um uns das Geld aus der Tasche zu ziehen.
Außerdem: Das, was an Öl aus der Erde zu holen ist, wird auch aus der Erde geholt. Also, zurücklehnen und mal drüber nachdenken, ob in der Kirche ein Gläubuger doppelt so viel in den Klingelbeutel tut, wenn man selbst nichts reintut?!?

Schönes Wochenende!

0 Peter Mohler 23.08.2013, 09:07 Uhr

bull whip effect und off topic

die Sache mit dem Aufschaukeln eines kleinen Anfangseffektes ist in der Logistik und im Marketing als Bull Whip Effect bekannt (kleine Handbewegung führt zu einem Riesenausschlag der Peitsche am Ende - google bull whip effect). Ist auch im Umweltschutz relevant, wo eine kleine Steigerung des individuellen Konsums oder Verhaltens zu katastrophalen Makroergebnissen führen kann.
Off topic, weil ich nicht weiss, wie man Sie sonst informieren kann
a. fix the archaic census racial categories zur Frage, wie man "race" im US Zensus mißt, Artikel in New York Times von Kenneth Prewitt (ehem. Direktor Census Bureau) http://www.nytimes.com/2013/08/22/opinion/fix-the-census-archaic-racial-categories.html.
b. westliche Gesellschaften sind "Ausreißer" in Bezug auf kognitionspsychologische "Universalien" - Artikel im Pacific Standard 25. Feb. 2013, http://bit.ly/125Ct4H, von Ethan Watters - google auch joe henrich univ columbia.
pm

wurde schon frühzeitig von einem Magister der Mathematik bescheinigt, sie möge ob ihrer Unfähigkeit im Umgang mit Zahlen und Formeln nicht allzu betrübt sein, es gebe reichlich schöne Berufe ohne dieselbe, insbesondere ein Broterwerb als Kammerjungfer oder Hausfrau wurde ihr nahegelegt.