本文作者:ccyou

我住在美國(guó)的西雅圖，每天上下班大約花45分鐘（情況好的時(shí)候是這樣；有時(shí)候單程都要2小時(shí)）。這給了我大量的時(shí)間觀察去往來(lái)車輛的有趣模式。無(wú)聊使我把車流幻想成汩汩流水，而一輛輛的車則是巨大的水分子。很多個(gè)月過(guò)去了，我漸漸意識(shí)到這不是幻想。為什么我從來(lái)沒(méi)有注意到明擺在那兒的“交通流體動(dòng)力學(xué)”呢？就這么著，我開(kāi)始用我的車去“刺探”車流——觀察終究會(huì)走向試驗(yàn)，對(duì)吧？作為“業(yè)余交通動(dòng)力學(xué)家”，能做的事情可多了。不過(guò)，先來(lái)看一些基本的現(xiàn)象。

神秘的擁堵

你有沒(méi)有遇到過(guò)這種情況，你在州級(jí)高速路上開(kāi)著車，突然路就堵起來(lái)了，你一寸一寸往前挪，等著看前面出了什么事故，末了還罵上兩句那些好從車?yán)锾匠鲱^來(lái)看熱鬧的人，正是這些家伙造成了堵車。但不一會(huì)兒你前面的車輛都飛速向前駛?cè)ァ＼嚥欢铝耍瑳](méi)有事故、沒(méi)來(lái)警車，什么都沒(méi)有。究竟發(fā)生了什么事情？啥都沒(méi)有為什么會(huì)堵車？從后視鏡里望去，你后面的那些倒霉司機(jī)還被困在那里。究竟是什么造成了這一神秘的擁堵呢？

在經(jīng)歷了多次這樣的無(wú)形事故以后，我得出了下列結(jié)論。為了便于理解，不妨想象你正直升飛機(jī)上俯瞰整個(gè)車流。

圖1：出事故以后，車輛在后面排成一列。

在（圖1）中，我畫了一條單行道，一起事故以及一長(zhǎng)串堵在出事車輛后面的車。其他的車從左邊開(kāi)過(guò)來(lái)后也停下來(lái)等著。假設(shè)出事故的車（紅色表示）只是臨時(shí)停在那里，它有可能只是在冰上打了一下滑。當(dāng)紅色的車開(kāi)走以后，會(huì)發(fā)生什么情況呢？

圖2：車流漸漸在后面“聚集”起來(lái)

在上面的（圖2A）中，障礙物被挪走了。但不是所有的車都能往前，因?yàn)榇蠖鄶?shù)車都被困在停止的車后。（圖2B）顯示的是過(guò)了一會(huì)兒的路況，（圖二C）則是再往后一會(huì)兒的。注意（圖2A）中橙色的車，看看它是如何在平面中變得不堵，然后開(kāi)始往前進(jìn)的。與此同時(shí)，（圖2A）中紅色的車靠近過(guò)來(lái)，被淹沒(méi)在堵住的車流里。

移動(dòng)的擁堵波

事故車輛被移開(kāi)以后，似乎沒(méi)有理由會(huì)繼續(xù)堵車。但實(shí)際上堵車還會(huì)繼續(xù)。原因很簡(jiǎn)單：如果我停在一輛停著的車后面，那么我沒(méi)有辦法往前開(kāi)，等在我后面的車也一樣。所有被堵住的車都是這樣一個(gè)情況。即使造成堵車的障礙物沒(méi)有了，大家仍然處于靜止的狀態(tài)，因?yàn)槿绻_(kāi)車，就得所有車輛在同一時(shí)間一同啟動(dòng)。司機(jī)不會(huì)這么做，因?yàn)樗麄兠總€(gè)人都在等著前面的那輛車啟動(dòng)。如果我被堵在車流里，就算我想往前開(kāi)，空間也不夠，我會(huì)撞上前面的那輛車。其他人的想法也跟我一樣，所以沒(méi)有人會(huì)動(dòng)。

當(dāng)我面前那輛車開(kāi)走時(shí)，我仍然不能瞬間加速，因此我會(huì)停上片刻。我必須留出一定的空閑。要是我突然加速，和前面的車就靠得太近，會(huì)很不安全。每輛車都會(huì)等一會(huì)兒再發(fā)動(dòng)，這使得“堵車”從距離事故現(xiàn)場(chǎng)的那端開(kāi)始，逐漸向下游擴(kuò)散，直至消失不見(jiàn)。

從（圖2A）開(kāi)始看起，車輛依次脫離擁堵。（圖2B）當(dāng)中，擁堵波已經(jīng)從事故現(xiàn)場(chǎng)移開(kāi)，在（圖2C）和（圖2D）中已經(jīng)離開(kāi)很遠(yuǎn)了。但有意思的是：雖然車是從左往右開(kāi)，但“蒸發(fā)波”的運(yùn)動(dòng)方向卻是相反的，它從右向左（※此處已更正）逐漸擴(kuò)散到車流里面。

還有一點(diǎn)很重要。雖然有些車還停著，但是還有更多的車在一輛一輛地在后面擁堵起來(lái)。就是移走了事故車輛的殘骸，還是會(huì)有越來(lái)越多的車“聚集”到車流的后面。被堵住的車流就像一個(gè)固體，前端在不斷蒸發(fā)，后端卻在不斷結(jié)晶。汽車是從左往右開(kāi)的，但是觀察靜止不動(dòng)的車輛的這個(gè)整體：靜止在慢慢往上游挪動(dòng)，與汽車運(yùn)動(dòng)的方向相反。事故沒(méi)有了，卻留下了一串運(yùn)動(dòng)的擁堵車流。這不是堵車，而是一個(gè)通過(guò)“汽車載體”傳播的沖擊波。它是血管里的交通血栓，不停游走的交通堵塞。

并不是出了事故才出現(xiàn)了擁堵波

這些運(yùn)動(dòng)的擁堵波在交通高峰時(shí)很常見(jiàn)。并不一定要有事故了才會(huì)出現(xiàn)，有時(shí)候只是很小的摩擦——超一下車、在施工現(xiàn)場(chǎng)合并車道，或者只是從匝道上開(kāi)進(jìn)來(lái)一輛車——都有可能形成這樣的波。用交通工程學(xué)的行話說(shuō)，這些都可以造成高速公路上的“事件”。你為了看熱鬧而把速度放慢一點(diǎn)，可能制造這樣一個(gè)波。每次你為了從下一個(gè)出口離開(kāi)高速公路減速并道時(shí)，也會(huì)制造這樣的波。

有時(shí)，它們完全是憑空出現(xiàn)。像海風(fēng)吹起的海浪，或是飄蕩的旗幟上的波紋，就這么從穿行的交通中“冒出來(lái)”。這就是非線性動(dòng)力學(xué)當(dāng)中所謂的“自發(fā)現(xiàn)象”。

在事故現(xiàn)場(chǎng)清理以后，“擁堵波”還會(huì)持續(xù)多久？它的生命周期取決于車流量的大小和被困在擁堵里的車輛數(shù)量，但有時(shí)這些東西可以持續(xù)上很多個(gè)小時(shí)。當(dāng)車流量較小的時(shí)候，擁堵可能一會(huì)兒就衰減不見(jiàn)了。但如果車流量一直很大，那么擁堵波根本就不會(huì)消失。此外，如果條件適當(dāng)（“結(jié)晶”的速度比“蒸發(fā)”快），那么哪怕只是一個(gè)很小的波，也有可能越變?cè)酱蟆＿@有點(diǎn)像往一瓶過(guò)飽和溶液中滴一滴晶種。當(dāng)車流量大且不怎么穩(wěn)定時(shí)，一個(gè)司機(jī)就可能導(dǎo)致整個(gè)交通都凍結(jié)。

所以，下次你上下班遇到堵車時(shí)，把它想象成一股向你的汽車襲來(lái)并將其吞沒(méi)的壓力波。把堵車看成是一個(gè)簡(jiǎn)單的生物，由汽車而非分子構(gòu)成。不要?dú)怵H，期待這條結(jié)晶變形蟲(chóng)過(guò)會(huì)兒就把你的車從它里面拉出去。