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研究完蚂蚁搬家,我好像明白了为什么我们总是堵车。。。

中科院物理所  · 公众号  · 物理  · 2025-05-12 10:39

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有时候交通拥堵并不是由道路供给不足引起的,而是过度需求的产物。

道路宽了,人们出行的需求会增加,而且大家都会选择最宽最好走的那条路。同时,更宽的路会让很多司机下意识的加速,频繁变道超车,整体的流畅度就会下降。

所以你能看到,北京四环在四次拓宽后,高峰期仍然会堵车。

行车不规范

然而堵车最核心的原因,是人。 有时候堵成停车场的一段路,开到源头你会发现,什么都没有。

没有事故,没有施工,就是这么自然而然的堵上了。这就是 “ 幽灵堵车 ”。

当前方的车辆出现刹车或减速时,后方的车辆也会随之减速或刹车,于是车辆间的距离就会过短,导致更频繁刹车,这种趋势不断地向后蔓延,就会产生连锁反应,直到堵成停车场。

司机的急刹车、随意变道,该快不快都会导致幽灵堵车,在每小时 40 公里的匀速状态下,一脚急刹就能影响 10 到 20 辆车,通行时间增加 20%-30%。

凭借着人类的反射弧和 “ 我先走 ” 的执念,硬生生制造出一条看不见的墙。 人的差异性与非理性行为,才是堵车的终极根源。

为什么蚂蚁不会堵车?

反观蚂蚁,却从来不会这样。

2019 年,亚利桑那州立大学与动物认知研究中心等机构的研究人员做了一个实验。他们把阿根廷蚁分成不同数量的蚁群,从 400 只到 25600 只不等,想看看会不会蚂蚁多到一定数量,也会交通瘫痪。

研究人员在蚁群和食物之间搭建了一座桥,并且设计三种 5,10,20 毫米三种不同宽度的桥梁,然后进行了 170 次实验,每秒记录流量和密度。

随着越来越多的蚂蚁走上桥,密度不断增加,流量也越来越大,当密度增大到一定程度,蚂蚁的平均速度会逐渐下降,但 流量却保持不变,甚至还会增加 ,没有出现过一次拥堵的情况。

人类的车流在道路占用率达到 40% 时就会开始拥堵,而蚂蚁群体占用 80% 的道路面积仍能保持畅通。 它们到底是怎么做到的呢?

路再窄,不着急

实验发现,在蚁群密度还比较小,路上同伴不多的时候,蚂蚁会逐渐加快速度,直到流量达到最大值。而密度一旦超过阈值,它们就开始放慢速度。蚂蚁似乎能够评估前方道路的拥挤程度,然后以牺牲速度换来更大流量。

所以不管换成多窄的桥面,蚂蚁始终保持相同的流量,不会因为蚁群密度增加而减少流量。

而且它们在觅食或搬家时会形成 “ 蚁道 ”,就好像有蚂蚁画了车道线一样,会主动形成双向甚至三向通道,队列一旦建立,就相对稳定地行进。

个体之间不会频繁变道、互相抢位。同时,蚂蚁群体行进时速度几乎一致,误差 <5%,而人类车流速度差异可达 30% 以上,所以它们不存在急刹问题,微小的速度波动也不会被放大成 “ 幽灵堵车 ”。

信息素与自组织

除此之外,蚂蚁们还有一个法宝,信息素。你会发现蚂蚁们总能找到高效的食物获取路线。

对于某一只蚂蚁来说, 它的觅食路径选择规则极为简单直接,就是随大流。

蚂蚁在行动过程中通过向体外分泌信息素在经过之处留下痕迹。后面的蚂蚁再次途经该路径时,将优先选择信息素浓的方向前进。







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