你還堵在路上嗎？

每到端午、中秋、國慶等小長假，我國各地便開啟了人山人海模式，尤其是在出城和回城的路上，交通堵塞是不可避免的問題。有些旅客甚至堵出了經驗，出門自帶鍋碗瓢盆和娛樂設備，索性在路上做起了飯，玩起了羽毛球，沒有帶設備也不要緊，抓緊時間鬥個舞。

2010年8月，由于G110高速公路部分路段施工，北京市高速公路堵車長達100公裡，持續擁堵12天。根據美國一家研究機構2018年的一項研究顯示，交通堵塞每年給法國經濟造成59億歐元損失，不僅如此，交通堵塞是空氣污染的重要來源。

那麼，堵車是如何形成的？為什麼在沒有前方出事故的情況下，交通依然會堵塞呢？能不能避免堵車？科學能解決這個問題嗎？

在交通道路擁擠的情況下，當一個駕駛者改變車道或者突然刹車時，跟随其他的車輛也必須刹車，這波制動會逐漸蔓延。如果第一輛車的速度降低了10%，那麼第十輛車的速度就至少降低20%，才能保持安全制動距離。在這種情況下，以至于幾公裡後，将不可避免地會産生交通堵塞，這種現象被稱為"蝴蝶效應"或"毛皮蟲效應"：因為初始的一個小原因而在鍊條末端引起更大的鎖鍊反應。

雖然第一批減速的車輛隻受到插隊的輕微影響，并能迅速恢複正常行駛速度，但這也會對後方的車輛造成影響，後方車輛需要一段時間才能擺脫這種情況，這就是手風琴效應。

在現實中，我們好像總會覺得别人的隊伍要比自己這邊快，或許隻是僥幸心理，讓我們變到另一條車道，但可能會導緻交通堵塞。車道變化隻是可以無緣無故造成交通堵塞的一個例子，其他的還有掉頭、紅綠燈、收費站等等，都可以引起交通阻塞。

為了研究車輛搶道引起的堵塞問題，科學家使用流體力學模型或顆粒介質的物理模型研究堵車，這些簡化的物理模型可以使用相同的方程來模拟一個先驗的不同現象。

科學家可以将汽車的流動想象成液體流過管道，或球滾過管道。如果其中一個球在管道的某個點減速，它會影響後面的所有球體，這些擾動會向後傳播，就像波浪一樣，這就是汽車交通堵塞時發生的事情。

那麼，這種減速是如何形成、傳播以及放大的呢？我們必須從物理模型轉向數學模型。在數學模型中，車輛的允許速度，車道可以容納汽車的最大數量，以及交通堵塞蔓延的速度這些參數都是固定的。

最後科學家得出結論：我們人類的直覺認為堵車就是道路上的車流量過于密集導緻的，但是與直覺相反，車速和交通密度幾乎對交通堵塞沒有影響，反而是一些極小的擾動會對整個系統産生影響。堵車現象的關鍵因素是交通初始流動性、駕駛員應激反應以及其他随機幹擾，這種幹擾可能是一個緊張的新手司機，一個急轉彎，甚至是一隻動物。

在節假日期間，交通擁堵不可避免。高速公路每小時隻能通過一定數量的車輛，超出一定的吞吐量，車輛的流動性會降低，甚至完全停止。既然如此，那我們能預測交通堵塞嗎？不能，實時和大規模地交通流通可視化以目前的技術不可能完成。

在物理模型中，顆粒受物理定律約束，運動相當"穩定"，然而人類的行為不可預測。正如某部電影裡所說的：讓人類永遠保持理智是不可能的!

因此，為了調節道路車流量，決策者想出了各種方案預防堵車。例如，安裝紅綠燈控制車輛流動方向，修建新的道路減緩城市交通堵塞！

但是堵車問題并沒得如此輕松地得到解決，科學證明高速公路甚至可以降低城市的平均交通速度，這是同名數學家提出的"布雷斯悖論"。

如果城市修建了一條新道路——A道路，在這條道路上車輛行駛速度明顯快于現有的車道（B道路和C道路），那麼所有的司機都會選擇A解決方案，于是A道路又形成交通堵塞，最終導緻車輛在新道路上行駛的時間比舊道路的時間更長。

這個理論已經得到證實。1990年，紐約市關閉多餘的第42街，曼哈頓的交通變得更加暢通。而在韓國首爾，新修的高速公路并沒有改善整體交通狀況。這是因為人類的行為通常是自私的，而且經常受到個人利益和集體利益的沖突。因此，避免交通堵塞的科學建議應該是：

• 增加安全距離，以避免過早制動導緻交通擁擠時顯著減速；
• 降低整體速度，同時保持相對恒定的速度；
• 不随意改變車道，保持正常駕駛。

正如我們所見，交通堵塞與道路上車輛的密度過高有關。然而在生物界，我們經常可以看到大規模的蟻群移動并沒有出現這個問題，為什麼具有高級智商的人類無法做到像螞蟻那樣呢？

在蟻群流動時，當螞蟻密度增加，雖然流量增加，但螞蟻的運動速度恒定，如果密度過高，它們會等待，讓其他螞蟻首先通過，螞蟻這種有條不紊的智能系統，是千萬年來不斷适應自然選擇的結果，它們就像一個高度集群的機器在運行。而反觀人類，見縫插針已是常态；當然另一方面是車輛必須遵循交通規則，例如無論交通情況如何都必須在紅燈處停車。

也許在未來，當自動駕駛成為常态時，利用蟻群運動原理設計出的人類智能交通系統，自動駕駛将智能選擇道路，根據交通情況優化行駛路線和時間，使交通更加均勻，減少人為評估錯誤，才能解決這個困擾人類近百年的城市現代化問題。

#全能創作家#

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