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麻省理工數學傢通過數學模型找到“堵塞波 2004年1月，美國馬裡蘭州，交通堵塞。 CFP圖片 每個月，你有多少小時被浪費在堵車中？答案是：難以計算。
最讓人沮喪的是那些表面上看似沒有任何起因的堵塞，既沒有交通意外，也沒有車輛半路拋錨，道路完好無損……
50年前，科學傢們就在尋找這種“無厘頭”堵車的原因。直到最近，麻省理工的數學傢們終於找到瞭堵車的答案。
那一腳剎車
“嘀嘀……”
阿斯蘭•凱西莫夫按瞭兩次喇叭，但前面的車還是紋絲不動，都快半個小時瞭，阿斯蘭有些著急，他打開天窗，探頭出去望瞭望——“天哪！全都堵住瞭。”
電臺裡沒有傳來任何事故或者道路施工的警告，這樣的堵車最讓人絕望，因為不知是什麼原因堵住的，所以也沒有解決方案。
當著大太陽，這條路上的大多數司機都在絕望地按喇叭，叫嚷。可阿斯蘭卻很平靜，他知道這時候誰來都沒用，說不定半個小時後擁堵就會自然消失，道路又流暢起來。阿斯蘭知道這些並不是因為他能獲得交警的一手信息，事實上，他是一名正在研究堵車問題的數學傢，而且已經接近最後答案瞭。
最讓人沮喪的是那些表面上看似沒有任何起因的堵塞，既沒有交通意外，也沒有車輛半路拋錨，道路完好無損……人們把這類找不出理由，卻又經常碰上的堵車戲稱為“無厘頭”堵塞。
為瞭找到答案，麻省理工大學的數學傢們組成瞭一個團隊，研發瞭一種數學模型來闡述在什麼樣的情況下，會發生怎樣的交通堵塞。阿斯蘭•凱西莫夫便是這個團隊中的一員。他們認為，這一理論的發現可以幫助道路設計者減少堵塞發生的幾率。
麻省理工的數學傢們從開發的數學模型中找到瞭造成堵塞的“幽靈”——“堵塞波”（jamiton）。這個名詞念起來有些拗口，但對解決堵車卻是一項重大突破。
在擁擠的馬路上，如果兩輛車之間的距離非常接近，或者有一輛車的司機忽然猛踩剎車，造成瞭短暫的停頓，就有可能在車流中形成“堵塞波”。這種波動將在車流中不斷傳遞，並最終導致交通堵塞。
事實上，“堵塞波”的概念並不難理解，當一輛汽車突然停在行駛的道路上，這輛車後方便會引發一連串的停頓。哪怕第一輛車停下來隻需要2秒鐘時間就能啟動，可到最後一輛汽車啟動，所需的時間就難以預料瞭。
其實，道路並沒有被“堵”，隻是產生瞭汽車行駛速度的時間差。時間越是往後，越是積累得大。由於第一輛車的剎車，而後所有的司機也必須剎車，一般來說，司機在剎車時的力量往往會大於實際所需要的剎車力量。這一連串的時間累積，情形就跟遇到事故或者路障堵車一樣瞭。
此外，人們的反應千差萬別，也是堵塞波不斷擴張的原因，如果所有人都跟大海中的魚一樣能夠靈敏地作出判斷，那麼幾秒鐘的停頓則很容易化解。但事實正好相反，越是堵車的時候，越是有人想鉆空子，希望能插隊往前，而那隻能讓已經堵住的路況更為惡化。
麻省理工的數學傢們還發現，在車流中傳播的“堵塞波”（jamiton），其傳播的表現與因爆炸而產生的爆震波數學模型非常相似。這也許能為道路設計者們提供靈感。
此前，日本科學傢的一項實驗也證實瞭“堵塞波”的存在。在一條環形的實驗路段上，雖然參與測試的司機都被要求以30公裡的時速和固定的車距行駛，但沒過多久還是出現瞭擁堵。
阿斯蘭•凱西莫夫解釋，這種現象類似於爆炸後所產生的爆震波，這種爆震波也是一種可以自我持續的波形。值得一提的是，這種波形中存在一個被稱為“聲速點”的臨界點，而這種“聲速點”在“無厘頭”堵塞中也會發生，位於交通堵塞區域內外的司機都無法得知對方的情況，而自由流動的信息也隻能傳遞到交通擁堵“聲速點”的上遊，後面的司機無法判斷前面堵塞的原因，所以也無法做出相應的選擇來改善堵塞的情況。
在掌握這些情況後，麻省理工的數學傢團隊正在設計新的方程式，以計算造成交通擁堵的變量，從而控制堵車蔓延的趨勢。
暢通問題懸而未決
其實，早在50年前，科學傢們就已經介入瞭交通擁堵問題的研究。
上世紀五十年代，德國的物理學傢就在尋找一種可以用來計算和預報堵車的方法。德累斯頓工業大學交通物理學傢迪克赫爾賓利用粒子行為的理論模型來計算交通流量。實驗中，他將汽車模擬為一個氣體分子，並以一定的速度通過某個地區。道路上的駕駛者有著各種各樣的性格，導致汽車在行駛中也會呈現出不同的姿態，既有車距很遠的，也有靠得很近的。從數學角度來看，它們如同兩個原子之間的能量變換。
試驗結果表明，在車流量飽和的情況下，如果出現一點小小的影響，如前方車輛改變速度，也可能會造成堵車。因為緊隨這輛車的司機也必須先剎車，再加速。他們的結果其實和阿斯蘭的實驗非常相似，但並沒有更進一步的發現。
多年前，德國已經計劃開發先進交通管制系統和智能技術，以便讓道路上行駛的車輛避開堵車。這種系統能夠提醒司機註意惡劣天氣、打滑路面及前方所發生的交通事故等交通信息。
遺憾的是，這些改進並沒有起到多少效果。因為當時的設計思路還是讓堵塞區域之外的車輛不再進入，繞道走開。
一方面人類不是非常靈敏的魚類或者螞蟻，我們不具備迅速在所有人中傳遞正確信息的能力。而且正在路上的司機得不到所有路段的實時信息，他隻能根據堵車傳感器的預報來做出判斷，一旦司機收到信息，他就要考慮改變路線，但他要行走的路線也不是實時數據，如果預報遠距離堵車，建議改道也可能是不準確的。行駛車輛紛紛改道，造成高速公路反而沒有車輛行駛，顯得空空蕩蕩。
另一方面，在高峰時段，建議改道的方法肯定不可行，所有的路段都在飽和狀態，這正是造成“無厘頭”堵車的主因。
有報告顯示，2003年，美國85個主要城市因交通堵塞每年的經濟損失高達630億美元，間接經濟損失高達1000億美元。交通堵塞使美國人每年浪費37億小時；因道路擁堵，各種交通工具平均每年白白燒掉100億升燃油，相當於每個駕車人每年繳納850美元到1600美元的交通堵塞稅。
堵車同樣給汽車大國德國每年造成約600億歐元的損失。汽車制造企業的研究人員則認為，如果加上時間因素,每年至少要造成2000億歐元的損失。而且每年僅浪費的時間就達47億小時，相當於100萬人每周工作40小時，而且2年無假期的工作時間。
參與麻省理工數學模型項目的數學傢莫裡斯•弗林說，一旦擁堵形成就很難被迅速疏通，司機們就隻能等待。他們設計的數學模型可以幫助道路工程設計師盡量避免此類事件的發生。在今後的研究中，他們還將對車道的數量與擁堵的關系展開研究，以期對更有效的交通設計提供支持。
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