國慶假期，你玩得是否盡興？
八天長(zhǎng)假，你的疲勞有沒有一掃而空？
快樂的時(shí)光總是短暫的，轉(zhuǎn)眼間，假期已經(jīng)結(jié)束，今天已經(jīng)是上班的第二天了~
坐在辦公室腦海里不禁回響起那首歌，少壯不努力，老大徒傷悲，“時(shí)間都去哪了？”。
顯然還沉浸在假期的氛圍里沒有走出來（大哭，要不鴿一期吧）。

完。

好吧，言歸正傳。為什么想寫這個(gè)話題呢?

因?yàn)樾【幵诩倨诘谝惶炀涂吹搅舜蠹以诔鲇温飞隙萝嚨膱?chǎng)面，“開車兩小時(shí)，行駛兩公里”，八小時(shí)的路走了五小時(shí)還有八小時(shí)，等等，場(chǎng)面一度十分壯觀。

而上班不僅意味著假期的結(jié)束，而且又又又要開始面對(duì)早高峰晚高峰的日常堵車了。

那么不知道你有沒有好奇過，好好的路上怎么就堵了呢？反正小編每次遇到堵車都搞不明白怎么回事？到底是從哪里開始堵的？每次都想下車走到路盡頭去看看發(fā)生了什么。

這不，利用這八天假期在你們都出去玩的時(shí)候，小編好好做了一番功課，總算是弄懂了堵車的秘密

幽靈堵車

有一些堵車呢，是由交通事故造成的，這很好理解，不是我們關(guān)心的對(duì)象，我們今天要做的就是尋找那些無緣無故堵車的原因，所謂的“幽靈堵車”。平白無故，走著走著，就堵了，不知道發(fā)生了什么？走著走著，莫名其妙地又通了，到底是什么在作怪？

說來其實(shí)很簡(jiǎn)單，不過在查資料的過程中，小編發(fā)現(xiàn)堵車這件事竟然跟物理還有著千絲萬縷的聯(lián)系，我們一起來看看。

人話版

2008年有人開展了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，讓一系列駕駛員駕車在環(huán)形道上行駛，經(jīng)過一段時(shí)間后，就會(huì)出現(xiàn)自發(fā)的局部擁堵，這個(gè)實(shí)驗(yàn)很直觀的展示了堵車的原因。

在行駛過程中，難免會(huì)有駕駛員注意力不集中，一旦某輛車在行駛過程中速度降下來，后面的車就要?jiǎng)x車，這就會(huì)造成一系列的連鎖反應(yīng)。當(dāng)這個(gè)速度變慢的司機(jī)意識(shí)到這個(gè)問題后，開始加速，但是由于在剎車和加速之間存在著一定的反應(yīng)時(shí)間，這一影響一級(jí)級(jí)地向后傳遞，司機(jī)的反應(yīng)時(shí)間逐級(jí)積累，最終造成局部擁堵現(xiàn)象。

越是十字路口多的地方，越容易發(fā)生擁堵。
交通信號(hào)燈相當(dāng)于給正常行駛的車輛加了一個(gè)擾動(dòng)，每次信號(hào)燈亮起時(shí)，司機(jī)的反應(yīng)時(shí)間都不一樣，很有可能當(dāng)一大串車流通過綠燈，剛好到你時(shí)，綠燈變了紅燈（我相信你肯定經(jīng)歷過，請(qǐng)描述你的心情）。小編每天都站在窗口往下看，對(duì)這點(diǎn)可是深有體會(huì)。

即使在沒有信號(hào)燈地方，假如一只貓突然穿過馬路，也會(huì)引起一連串的反應(yīng)，就算這只貓已經(jīng)走了，這個(gè)影響也不能立刻消除，仿佛車輛經(jīng)過了一個(gè)隱形的路口。

因此交通堵塞經(jīng)常發(fā)生在瓶頸處，比如道路變窄、車道減少、出現(xiàn)交通事故、十字路口等。在這些地方，一旦有人踩了剎車，就會(huì)引起一連串的連鎖反應(yīng)。

就算駕駛員能保持絕對(duì)專注，還是會(huì)頻繁遇到各種路口或者各種奇怪的突發(fā)狀況，比如前面提到的貓。道路交通是一個(gè)復(fù)雜的多體系統(tǒng)，任何擾動(dòng)都會(huì)破壞它的平衡，產(chǎn)生交通擁堵。高速上沒有十字路口正是為了避免這一點(diǎn)。
因此在開車的過程中，要注意跟前后車都保持合適的間距，這樣，當(dāng)前車剎車時(shí)，你有足夠的反應(yīng)距離可以不用剎的很猛，后面的車也是一樣，就可以縮短車流收縮的時(shí)間，在較短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到正常行駛狀態(tài)。

倘若每一位司機(jī)都有嫻熟的技能和穩(wěn)定的行駛速度（當(dāng)然這是不可能的，雖然堵在路上的每一位司機(jī)都覺得自己是駕駛水平最好的），那么就可以降低堵車的概率。

物理版

如果你細(xì)心的話，可能已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了，說了這么多，還沒有出現(xiàn)一個(gè)數(shù)學(xué)公式，更沒有看出來物理在哪里是不是？那么到底有沒有物理的解釋呢？有的，不但有，還很硬核。

小編在查資料的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，在之前學(xué)過的一本書中有一節(jié)專門介紹“車流”的。不過不是交通專業(yè)的書，而是，這本書，

是的，你沒看錯(cuò)，是《凝聚態(tài)物理學(xué)》。
車流跟凝聚態(tài)物理是怎么扯上關(guān)系的呢，這就要看凝聚態(tài)物理是多么的博大精深了。

凝聚態(tài)物理學(xué)是物理學(xué)最大的一個(gè)分支，短短60幾年來已經(jīng)獲得過30多次諾貝爾物理和化學(xué)獎(jiǎng)，跟多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域都有交叉。
公路上的車流量就是凝聚態(tài)物理學(xué)和社會(huì)科學(xué)交叉的一個(gè)成功范例。小編也是第一次知道這兩個(gè)學(xué)科之間還可以交叉。

在公路上，車輛可以看作是一個(gè)個(gè)具有相互作用的“粒子”，那么道路就是一個(gè)多體系統(tǒng)，而且是一個(gè)非平衡多體系統(tǒng)。（非平衡系統(tǒng)是凝聚態(tài)物理中很重要的一個(gè)研究分支，我們見到的大多數(shù)系統(tǒng)都屬于非平衡系統(tǒng)，例如鳥群、生命系統(tǒng)等。）
由于車輛之間距離的可變性，車流就可以看做“可壓縮流體”，這樣就可以利用流體的相關(guān)知識(shí)來解釋車輛在道路上出現(xiàn)的種種行為。當(dāng)?shù)缆飞宪囕v較少時(shí)，車流類似于液體的行為；當(dāng)車輛較多時(shí)，車流就類似于固體的行為。在這之間存在著一種“相變”。

不難理解，道路的交通情況跟車流量密切相關(guān)，只有當(dāng)車流量增大到一定值時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)交通擁堵。
我們以 v 表示汽車的速度，ρ?表示汽車的密度，可以認(rèn)為，當(dāng)密度足夠低時(shí)，v 是獨(dú)立于 ρ?的，即車輛的行駛速度是不受周圍車輛干擾的。隨著汽車數(shù)量的增加，車與車之間的距離變短，“相互作用”變強(qiáng)，車輛的行駛會(huì)受到周圍車輛的影響，行駛速度會(huì)受到極大的限制?？傊?strong>汽車行駛速度v是隨著車輛密度 ρ?的增大減小的。用數(shù)學(xué)公式表示為：

最終車流密度到達(dá)最大值

時(shí)，車輛的行駛被完全限制，速度幾乎為0，這就出現(xiàn)了“開車兩小時(shí)，移動(dòng)兩公里”的壯觀景象。

在這本書中，還給出了用流體動(dòng)力學(xué)理論和元胞自動(dòng)機(jī)模型給出的分析，不過推導(dǎo)過于復(fù)雜，這里就不展開講了。這里給出推導(dǎo)過程中要用到基本方程——理想流體的歐拉方程滿足的連續(xù)性方程——的一般形式：

升級(jí)版

再往后查，小編又發(fā)現(xiàn)在2001年就有研究者在“Reviews?of?Modern Physics”（現(xiàn)代物理評(píng)論）上發(fā)表了一篇題為“Traffic and related self-driven many-particle systems”（交通和相關(guān)自驅(qū)動(dòng)多體系統(tǒng)）的綜述。

關(guān)于這個(gè)期刊，大家感興趣的可以自己查一下。（不知道什么時(shí)候小編才能被邀請(qǐng)?jiān)谶@上面發(fā)文章）

這是一篇介紹物理學(xué)家在交通動(dòng)力學(xué)方面研究的綜述性文章，正文62頁，參考文獻(xiàn)13頁（可以看出相關(guān)研究是真的多）?？戳酥?，小編才知道原來早在1935年就有人研究了機(jī)動(dòng)車的交通問題，在20世紀(jì)50年代，就有大量的介紹交通流和車輛密度關(guān)系以及交通穩(wěn)定性的論文發(fā)表。

這篇文章用統(tǒng)計(jì)物理學(xué)和非線性動(dòng)力學(xué)的相關(guān)研究方法，從微觀、介觀、宏觀尺度來分析機(jī)動(dòng)車的交通問題。利用大量的觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)“幽靈堵車”、走走停停、不同類型的堵車現(xiàn)象等進(jìn)行了討論。

由于專業(yè)性太強(qiáng)，小編也看得一臉懵。不過，我們可以得出一個(gè)結(jié)論：
堵車遠(yuǎn)不是我們想象的那么簡(jiǎn)單，這里面可是大有學(xué)問的。

寫在最后

總之，要想減少堵車，最好的辦法就是減少車流量（說來說去好像也沒說什么新法子，這不就是限號(hào)和錯(cuò)峰出行的目的嗎）。
因此在出行時(shí)，建議大家盡量乘坐公共交通工具，在路途不遠(yuǎn)時(shí)，盡量選擇騎自行車或者步行，節(jié)能環(huán)保還方便（畢竟有時(shí)候停車位也不是那么好找的）。

另外就是提高自己的車技，在路上控制好行駛速度和前后車的間距，保持合適的距離。
最后祝大家上班愉快，提早下班，避免晚高峰。

參考資料：

1、How Not To Get Stuck In Traffic

2、解決交通阻塞最簡(jiǎn)單的方法

3、Rev. Mod. Phys. 73, 1067 (2001) - Traffic and related self-driven many-particle systems (aps.org)

4、馮端/金國鈞，《凝聚態(tài)物理學(xué)》（下卷），高等教育出版社

編輯：阿白