人类世界正日益成为一个城市化的世界,这意味着电梯的重要性。香港,物理学家冯志杰(波士顿大学)的家乡,每年大约新增1500部电梯,使得垂直运输成为一个吸引人的定量研究课题。冯志杰和圣塔菲研究所教授西德尼·雷德纳看到了探索决定电梯运输能力因素的机会。在他们发表在《统计力学杂志》的新论文中,他们首先建立了一个故意简单的“玩具”模型。
他们的最小变量模拟做出了六个关键假设:无人建筑、先到先得运输、相同的电梯前往均匀分布的目的地楼层、2.5秒进入或退出电梯、以及每层楼之间旅行一秒。对于一个拥有一个理想化无限容量电梯的100层建筑,冯志杰和雷德纳发现等待时间通常在五到七分钟之间。如果电梯每次可以运送20人,并且每层楼有100名工人,这个循环需要2小时内进行500次行程,或者21部电梯,才能让每个人按时上班。
“如果电梯不相关,”作者写道,等待时间“应该等于单个电梯循环时间除以电梯数量,大约为15秒。”然而,这种高效的电梯间隔不会持续:随着乘客需求的增加,电梯开始同步移动,在楼下大堂造成交通堵塞,直到多部电梯同时返回地面楼层。
这些非线性动力学阻碍了对一个人必须等待多长时间这一问题的简单回答。但对冯志杰和雷德纳来说,这只是更大探究的入门级。“我希望我们的工作可以作为一个‘口袋版’模型来扩展,”冯志杰说。
她感谢雷德纳的教科书,她在本科早期阅读这本书时,激发了她将复杂问题分解为简单模型的热爱。他们确定的一些进一步的问题包括,“如果建筑随着高度逐渐变细,是否有一个最小化等待时间但优化办公空间的倾斜角度?”;以及,“如果一些电梯只服务于某些楼层,而其他电梯服务于不同的楼层,会怎么样?”