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SENSE隨筆130528壅塞學 掌門天地

http://www.tangsbookclub.com/2013/05/28/sense%E9%9A%A8%E7%AD%86130528%E5%A3%85%E5%A1%9E%E5%AD%B8/

何謂壅塞學?

「壅塞學」是一門跨領域的學問,兼顧工學及理學,企圖了解 人、車、螞蟻、網路、細胞及貨幣 路路暢通或堵塞阻滯的道理。***

主導研究的學者是日本東京大學 西城活裕教授,他是太空工程博士,主力研究非線性動力學及壅塞學。

 

物理學的 “相變” 及 “亞穩態”

將一樽水放進冰櫃,溫度在零度以下一段時間,這樽水就會結冰,相信這個現象不用解釋。

但是有時候溫度即使在零度以下,為什麼水仍不結冰呢?  原因是那樽水很清純,而且樽的表面很光滑,沒有機會讓水去凝結成小結晶,沒有 “種子” 讓整樽水結冰。 那足夠冰凍而沒有結冰的水,科學家們稱之為 “過冷水” 。這種水處於十分不穩定的狀態,只要有少少結晶出現,例如有少許雜質加入,整樽水極短時間內就會結成冰。

物理學中, “水” 變 “冰” 的過程叫 “相變”,*** 水由 “液態相” 變成 “固態相”。***  另外,那個不穩定的 “過冷水” 狀態則叫 “亞穩態”。***

 

壅塞學的 “相變” 及 “亞穩態”

“相變”及 “亞穩態” 的概念不局限於物理學,亦可以應用到「壅塞學」中去。

道路堵塞問題,工程師也嘗試用這些概念去理解。

 

要堵塞,先決條件就是要有足夠多的車。 但何謂多車呢? 這跟司機的技術、心理狀況、車的類型及路面情況有關。 每條路都會有不一樣的車流量,也有不一樣的塞車法。*** 道路塞車沒有像水結冰那樣clear cut。

堵塞發生,就是道路由 “暢通相” 變成 “堵塞相”。***

這簡單道理相信很容易明白,問題是當中有沒有 “亞穩態”呢? 亦即是有很多車通過,而又沒有堵塞的情況呢?

答案是有的。

 

西城教授就曾經做了一個實驗,試圖找出道路堵塞之前,有沒有 “亞穩態”存在。

實驗方法是在一條圓形的行車道上,預先安排了一定數量的車,平均地分佈在整條行車道上,之後同時開車。

在低速的情況下,車輛當然可以保持暢通行駛。 理論上如果每一架車都以相同的步調增加速度,速度可以達到非常之高的水準而道路仍然可以保持暢通。***

但實際上,在不斷加速下,司機們對維持 “同步高速行駛” 會感到相當困難。 因為高速對人構成心理壓力,維持一段短時間不會有問題,但長時間就不容易了。

 

在這特別設計的圓形行車道上,車輛以同步高速行駛,就像 “過冷水”一般非常不穩定。 萬一有什麼意外,如其中某位司機掛住睇女仔之類,只要一輛車慢下來,其他車就會受影響,這就會進入 “ 堵塞相”了!

而進入了“堵塞相”之後,要全體司機們自行協調以恢復之前的平均高速,機會就很渺茫了!**** 那從外面看來,道路塞車就好像進入了穩定狀態一樣。

以上壅塞學的智識,概念上跟物理學有異曲同工之妙。 這可算物理學在壅塞學中具有深度的演繹!

 

真的可解決道路堵塞問題嗎?

雖然離解決問題還有很遠的路,但假如這個 “定性的基礎理論” 是成立的,工程師及科學家就可以著手建立方程式及電腦模型,以 “定量的分析方法” 去加深理解整個問題,從而找出解決道路堵塞的策略。

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