这不是堵车,这是通过汽车传导的冲击波!

作者: William Beaty

来源: 果壳

发布日期: 2015-01-08

文章描述了作者通过长期观察交通流体动力学,发现交通拥堵并非总是由事故引起,而是由一种通过汽车传导的冲击波造成的现象。这种冲击波可以在没有明显原因的情况下形成,并且在交通流量大且不稳定时,一个小小的触发就可能导致整个交通系统的冻结。

我住在美国的西雅图,每天上下班大约花45分钟(情况好的时候是这样;有时候单程都要2小时)。这给了我大量的时间观察去往来车辆的有趣模式。无聊使我把车流幻想成汩汩流水,而一辆辆的车则是巨大的水分子。很多个月过去了,我渐渐意识到这不是幻想。为什么我从来没有注意到明摆在那儿的“交通流体动力学”呢?就这么着,我开始用我的车去“刺探”车流——观察终究会走向试验,对吧?

作为“业余交通动力学家”,能做的事情可多了。不过,先来看一些基本的现象。

你有没有遇到过这种情况,你在州级高速路上开着车,突然路就堵起来了,你一寸一寸往前挪,等着看前面出了什么事故,末了还骂上两句那些好从车里探出头来看热闹的人,正是这些家伙造成了堵车。但不一会儿你前面的车辆都飞速向前驶去。车不堵了,没有事故、没来警车,什么都没有。究竟发生了什么事情?啥都没有为什么会堵车?从后视镜里望去,你后面的那些倒霉司机还被困在那里。究竟是什么造成了这一神秘的拥堵呢?

在经历了多次这样的无形事故以后,我得出了下列结论。为了便于理解,不妨想象你正直升飞机上俯瞰整个车流。

事故车辆被移开以后,似乎没有理由会继续堵车。但实际上堵车还会继续。原因很简单:如果我停在一辆停着的车后面,那么我没有办法往前开,等在我后面的车也一样。所有被堵住的车都是这样一个情况。即使造成堵车的障碍物没有了,大家仍然处于静止的状态,因为如果要开车,就得所有车辆在同一时间一同启动。

司机不会这么做,因为他们每个人都在等着前面的那辆车启动。如果我被堵在车流里,就算我想往前开,空间也不够,我会撞上前面的那辆车。其他人的想法也跟我一样,所以没有人会动。

当我面前那辆车开走时,我仍然不能瞬间加速,因此我会停上片刻。我必须留出一定的空闲。要是我突然加速,和前面的车就靠得太近,会很不安全。每辆车都会等一会儿再发动,这使得“堵车”从距离事故现场的那端开始,逐渐向下游扩散,直至消失不见。

这些运动的拥堵波在交通高峰时很常见。并不一定要有事故了才会出现,有时候只是很小的摩擦——超一下车、在施工现场合并车道,或者只是从匝道上开进来一辆车——都有可能形成这样的波。用交通工程学的行话说,这些都可以造成高速公路上的“事件”。你为了看热闹而把速度放慢一点,可能制造这样一个波。每次你为了从下一个出口离开高速公路减速并道时,也会制造这样的波。

有时,它们完全是凭空出现。像海风吹起的海浪,或是飘荡的旗帜上的波纹,就这么从穿行的交通中“冒出来”。这就是非线性动力学当中所谓的“自发现象”。

在事故现场清理以后,“拥堵波”还会持续多久?它的生命周期取决于车流量的大小和被困在拥堵里的车辆数量,但有时这些东西可以持续上很多个小时。当车流量较小的时候,拥堵可能一会儿就衰减不见了。但如果车流量一直很大,那么拥堵波根本就不会消失。

此外,如果条件适当(“结晶”的速度比“蒸发”快),那么哪怕只是一个很小的波,也有可能越变越大。这有点像往一瓶过饱和溶液中滴一滴晶种。当车流量大且不怎么稳定时,一个司机就可能导致整个交通都冻结。

所以,下次你上下班遇到堵车时,把它想象成一股向你的汽车袭来并将其吞没的压力波。把堵车看成是一个简单的生物,由汽车而非分子构成。不要气馁,期待这条结晶变形虫过会儿就把你的车从它里面拉出去。

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