本文作者:ccyou

我住在美國的西雅圖，每天上下班大約花45分鐘（情況好的時候是這樣；有時候單程都要2小時）。這給了我大量的時間觀察去往來車輛的有趣模式。無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。很多個月過去了，我漸漸意識到這不是幻想。為什么我從來沒有注意到明擺在那兒的“交通流體動力學(xué)”呢？就這么著，我開始用我的車去“刺探”車流——觀察終究會走向試驗，對吧？作為“業(yè)余交通動力學(xué)家”，能做的事情可多了。不過，先來看一些基本的現(xiàn)象。

神秘的擁堵

你有沒有遇到過這種情況，你在州級高速路上開著車，突然路就堵起來了，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里探出頭來看熱鬧的人，正是這些家伙造成了堵車。但不一會兒你前面的車輛都飛速向前駛?cè)?。車不堵了，沒有事故、沒來警車，什么都沒有。究竟發(fā)生了什么事情？啥都沒有為什么會堵車？從后視鏡里望去，你后面的那些倒霉司機還被困在那里。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上俯瞰整個車流。

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，一起事故以及一長串堵在出事車輛后面的車。其他的車從左邊開過來后也停下來等著。假設(shè)出事故的車（紅色表示）只是臨時停在那里，它有可能只是在冰上打了一下滑。當紅色的車開走以后，會發(fā)生什么情況呢？

圖2：車流漸漸在后面“聚集”起來

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，因為大多數(shù)車都被困在停止的車后。（圖2B）顯示的是過了一會兒的路況，（圖二C）則是再往后一會兒的。注意（圖2A）中橙色的車，看看它是如何在平面中變得不堵，然后開始往前進的。與此同時，（圖2A）中紅色的車靠近過來，被淹沒在堵住的車流里。

移動的擁堵波

事故車輛被移開以后，似乎沒有理由會繼續(xù)堵車。但實際上堵車還會繼續(xù)。原因很簡單：如果我停在一輛停著的車后面，那么我沒有辦法往前開，等在我后面的車也一樣。所有被堵住的車都是這樣一個情況。即使造成堵車的障礙物沒有了，大家仍然處于靜止的狀態(tài)，因為如果要開車，就得所有車輛在同一時間一同啟動。司機不會這么做，因為他們每個人都在等著前面的那輛車啟動。如果我被堵在車流里，就算我想往前開，空間也不夠，我會撞上前面的那輛車。其他人的想法也跟我一樣，所以沒有人會動。

當我面前那輛車開走時，我仍然不能瞬間加速，因此我會停上片刻。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，會很不安全。每輛車都會等一會兒再發(fā)動，這使得“堵車”從距離事故現(xiàn)場的那端開始，逐漸向下游擴散，直至消失不見。

從（圖2A）開始看起，車輛依次脫離擁堵。（圖2B）當中，擁堵波已經(jīng)從事故現(xiàn)場移開，在（圖2C）和（圖2D）中已經(jīng)離開很遠了。但有意思的是：雖然車是從左往右開，但“蒸發(fā)波”的運動方向卻是相反的，它從右向左（※此處已更正）逐漸擴散到車流里面。

還有一點很重要。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。就是移走了事故車輛的殘骸，還是會有越來越多的車“聚集”到車流的后面。被堵住的車流就像一個固體，前端在不斷蒸發(fā)，后端卻在不斷結(jié)晶。汽車是從左往右開的，但是觀察靜止不動的車輛的這個整體：靜止在慢慢往上游挪動，與汽車運動的方向相反。事故沒有了，卻留下了一串運動的擁堵車流。這不是堵車，而是一個通過“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

這些運動的擁堵波在交通高峰時很常見。并不一定要有事故了才會出現(xiàn)，有時候只是很小的摩擦——超一下車、在施工現(xiàn)場合并車道，或者只是從匝道上開進來一輛車——都有可能形成這樣的波。用交通工程學(xué)的行話說，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，可能制造這樣一個波。每次你為了從下一個出口離開高速公路減速并道時，也會制造這樣的波。

有時，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”。這就是非線性動力學(xué)當中所謂的“自發(fā)現(xiàn)象”。

在事故現(xiàn)場清理以后，“擁堵波”還會持續(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，但有時這些東西可以持續(xù)上很多個小時。當車流量較小的時候，擁堵可能一會兒就衰減不見了。但如果車流量一直很大，那么擁堵波根本就不會消失。此外，如果條件適當（“結(jié)晶”的速度比“蒸發(fā)”快），那么哪怕只是一個很小的波，也有可能越變越大。這有點像往一瓶過飽和溶液中滴一滴晶種。當車流量大且不怎么穩(wěn)定時，一個司機就可能導(dǎo)致整個交通都凍結(jié)。

所以，下次你上下班遇到堵車時，把它想象成一股向你的汽車襲來并將其吞沒的壓力波。把堵車看成是一個簡單的生物，由汽車而非分子構(gòu)成。不要氣餒，期待這條結(jié)晶變形蟲過會兒就把你的車從它里面拉出去。