我们希望桥梁永远不摇晃——但这就是它们摇晃的原因

桥梁是我们修补地球上那些我们脆弱的身体无法跨越的巨大空洞的方法。它们是山崖之间的创可贴、大河上的缝线、用钢铁和石头铸造的临时修补，只有在我们继续治疗的情况下才能持久。

虽然有些桥可以成为工程耐久性的丰碑，但有些桥的设计却像外科医生的线一样精细——为人类的脚步而建，而不是为我们的机动轮式交通工具而建。这些行人桥鼓励人类活动，但很少设计成可以自行剧烈移动。

也有例外。我记得，当某个热情的孩子决定在一英里高的吊桥上跳上跳下时，我心里感到一阵忐忑，而我这个五年级的孩子则被吓得目瞪口呆地看着下面 80 英尺的深渊。这座钢制悬索桥名副其实，当我抓住栏杆时，我感觉到它在移动。多年后，我走过伦敦的千禧桥，这座桥看起来足够稳固，街头表演者在泰晤士河上方坚固的人造平台上表演。

但千禧桥却因不该移动而臭名昭著。2000 年开通时，成千上万的人渴望走过这座桥，但随着他们涌上桥上，桥开始左右摇晃。有开通当天的视频。

佐治亚州立大学应用数学教授伊戈尔·别利赫 (Igor Belykh) 表示：“你会看到所有人开始步调一致、同步移动——然后你会看到桥梁开始明显摇晃。”

工程师通常不希望看到桥梁摇晃，千禧桥很快就因维修而关闭。

Belykh 是《科学进展》杂志上发表的一篇论文的作者，该论文探讨了千禧桥和布鲁克林的斯奎布桥等其他桥梁，斯奎布桥在经历了一段时间的颠簸后最近重新开放。

Belykh 和他的合著者已经从之前的研究中了解到，他们可以使用一个简单的人体步态模型（想象一下僵硬的僵尸步态）来展示一个人如何与桥梁互动。

当人们走过一座桥时，尤其是像人行天桥这样轻便的桥，他们会用力推桥，他们也可能会改变步态以适应桥的微妙运动。“假设你在船上。当船很平稳时，你会以正常的步态行走，”Belykh 说。“如果遇到暴风雨，你会调整步态以保持平衡。”

类似的事情也发生在规模较小的桥梁上，因为人们会无意识地调整自己的动作以适应桥梁的细微摇晃。当他们踩右脚时，他们会将桥梁推向右侧。当他们踩左脚时，他们会将桥梁推向左侧。右、左、右、左。

这就是这项新研究的意义所在。通常情况下，一个人在一座建造良好的桥上行走不会施加足够的力量来做任何事情。但当我们联合起来时，一切皆有可能。贝雷赫发现，当人们集体改变步态时，如果桥上有足够多的人真正对他们的新动作施加一些力量，他们就会引起摇晃。这与旧的假设不同，旧的假设认为，随着越来越多的人上桥，摇晃会逐渐增加。根据这项新研究，这根本不是一个逐渐积累的过程；在突然出现摇晃之前，没有足够的人参与其中来摇晃桥梁。

对于千禧桥来说，这个神奇的数字大约是 165。

“当有 164 名行人时，可能什么都没有，然后砰的一声，当有一两名行人时，桥就开始摇晃，”Belykh 说。“这是一种非常复杂的关系。”

但 Belykh 和他的同事提出了一个数学模型，该模型可以帮助桥梁设计师和工程师计算出有多少人可以安全地过桥；他希望这些模型可以取代目前用于评估美国人行天桥设计的线性模型。

这是因为摇晃的桥梁不仅会让行人感到不舒服。如果人群移动的频率与桥梁的自然频率（桥梁移动的频率）相吻合，可能会发生意想不到的事情，包括桥梁倒塌。

这个问题可以通过采取许多预防措施来解决，比如使用机械减震器来吸收行人对桥梁施加的力量。但设计师和工程师不想过度设计。

“人行天桥的问题在于，它们本来就应该轻便，”贝利赫说。“为什么要建一座巨大的混凝土桥？那太过分了，而且成本太高。”

除了与工程师合作将模型纳入他们的方法之外，Belykh 还与布里斯托尔大学的研究人员合作，以解开另一个桥梁之谜。虽然过去人们将同步移动归咎于桥梁摇晃，但完全同步的行进（例如一排士兵）可能导致桥梁摇晃的想法并没有证据支持。摇晃似乎更多地取决于移动人数，而不是他们是否同步移动，但需要更多研究才能找出确切的原因。

从某种程度上来说，桥梁和其他建筑都是大型（通常很昂贵）实验，融合了物理学、材料科学和人类行为。在这些设计中发现缺陷，防止它们成为问题，是整个过程的重要组成部分。我们现在知道要确保弯曲的玻璃建筑不会融化下面的汽车，要检查并确保纽约的摩天大楼不会被风吹倒，要确保空气污染程度足以让建筑物呈现出漂亮的光泽，而不仅仅是生锈。

至于桥梁，我们希望如果了解了是什么导致它们摇晃，就能确保它们不会倒塌。