对话中科院物理学家曹则贤:道路拥堵其实是个物理问题-世界观速讯
来源:北晚在线 发布时间:2023-05-11 13:29:37

“‘东二环流量大,交通拥堵’。一听这个,我就懵了。堵着不动,是没有流量的,只是密度大。描述交通状况的概念,一开始就理解错了。”中科院物理所一间普通的会议室里,曹则贤尝试让记者理解流量、密度、速度等科学术语。这是一次采访,也是一次物理教学。

故事


(资料图片仅供参考)

每个人都可以学点科学

和约定的时间分毫不差,中科院物理所研究员曹则贤,把记者领进物理所M楼。一个会议室,一张长桌,两把椅子,一个文科生,一个物理学家,就此展开关于科学的对话。

意外的是,这不是一场对牛弹琴,记者所听到的知识,也不像天书一样难解。

“你今天采访出门前,应该先科学地判断一下,采访对象靠谱不靠谱。如果不靠谱,是不是有预案,采访对象失约,你可以去哪儿。这就是爱因斯坦最擅长的所谓 Gedankenexperiment, 做事情先在脑子里过一遍。”曹则贤笑着说,就好像发现一颗新的彗星,先计算它的轨道,近地点在哪里,什么时候掠过,别等着快撞上地球了,才准备预案。

曹则贤16岁考进中国科学技术大学物理系,后又公派留学德国,取得博士学位,入选中科院“百人计划”。他教学的对象有专业学者、研究生、大学生,有中小学生,有科学爱好者,还包括政府部门官员、城市管理者。“我希望,大家都可以用科学的眼光,去面对自己遇到的问题。”

正是因为讲课深入浅出,生动有趣,曹则贤的讲座,在互联网上传播很广。短视频中,他用电磁学解读异地恋,时长一两分钟,播放过亿。长视频里,他用三四个小时讲解量子力学、相对论、规范场论和电磁学/电动力学,播放千万。

“我一直保持学习的习惯。当我在学习的时候,就有分享的欲望。‘教学相长’这个词,在我理解,是一个人的学和教互相促进。想要更严谨地分享知识,必须自己系统地学习。”他说,物理专业的学生,关注的点是科学指向,而官员们、城市管理者、普通群众,关注的是问题指向。“我觉得,每个人都可以学一点科学,学会用科学的观念,去看待问题,尝试解决问题。不管是个人问题、家庭问题还是城市管理问题。”

对话

城市的问题,能找到科学模型

记者:城市管理,看起来是管理专业的问题,与物理学相关吗?

曹则贤:我们平时遇到的很多不同的问题,都能在物理学、数学里,找到相应参照。比如,我们在城市里经常遇到的交通问题,就可以看作是颗粒流问题。三条道,两条堵死了,一条是公交车道空闲着。这种设置,我觉得出发点是好的,但是有没有拿出科学的模型去计算,到底是缓解还是强化了拥堵,我不确定。

记者:专家说,小客车上一般只乘坐一两个人,而公交车上可以载客几十个人。

曹则贤:不能是简单的计算,而需要严谨的模型。小客车上张三,公交车上李四,他俩消耗的都是社会资源。我们需要观察,社会为一条公交车道付出的整体代价。我觉得,开一个运动会临时采取交通措施,这是可取的。长期设置公交车道,总体流量肯定会受影响。这个“流量”,属于我们在交通管理里,动辄就用错的概念。

记者:怎么理解?流量大不是拥堵吗?

曹则贤:不是。我们经常听到“东二环流量大,交通拥堵”。一听这个,我就懵了。流量,是密度乘上速度。堵着一动不动,是没有流量的,只有密度。车辆哗哗哗开过去,流畅,这才叫流量大。描述交通状况的概念,一开始就理解错了。

记者:那应该怎么描述拥堵?

曹则贤:很简单,密度大嘛。堵车不动了,是没有流的,只是密度大。你说:“东二环车辆密度大。”大家都能理解:“哦,车多。”

记者:车多,人多,老百姓每天都在面对的问题,有什么解法吗?

曹则贤:我说不上来怎么解决。聊聊可能相关的“临界现象”吧。车的密度、人的密度,都是有临界值的。一旦超过临界值,具体数目的变化,其影响很容易被放大。比如,像天通苑这样高密度的社区,人口密度一旦超过其临界值,所带来的问题,就很难预计。你要问我怎么解决。我觉得从规划上,就应该尽量避免。所以,我们在设计新城的时候,就应该更多地考虑科学的规划,社区的规模、道路的排布、地铁站点的设置等。

处理家庭纠纷,也有数学方案

记者:您说的这些社区、道路、停车、地铁的问题,我经常看见纠纷,甚至需要到电视台去调解。

曹则贤:调解节目我也看,但有时候调解无用是不是?这里头也有科学原理。我们经常讲,描述一个几何体的学问,在几何体本身。调解问题,有一个基本科学的出发点——问题的答案,要在问题里找。我们俩的问题,让一个第三者来调解,他说什么,都是站着说话不腰疼。

记者:所以,我们自己能用科学解决纠纷吗?

曹则贤:我举一个最简单的例子,兄弟两人分家产。对吧,很常见。这就可以用数学方法解决。遗产纠纷,就是分蛋糕,怎么分,都不满意。那么数学家给的方案——甲分,乙先挑。是不是就解决了?现在数学上,已经能解决九个人的分蛋糕问题,是匈牙利数学家先做出来的。

记者:这我就有点八卦了,夫妻矛盾也有类似解法吗?

曹则贤:当做物理问题的话,我们根据问题单元的多少,来定义问题的性质。一个人,就是单体问题。然后,还有两体、三体、少体、多体问题。夫妻俩,看起来是两体问题,其实不是。这夫妻俩背后,至少牵扯到各自的原生家庭。这就是少体问题。所以要解决夫妻问题,就不能固执地认为是两体问题。这不光中国是这样啊,全世界都这样。

科学,可以通过多种渠道感知

记者:我听您提到了三体,最近的科幻热潮,不管是三体,还是流浪地球,您关注了吗?

曹则贤:我也关注了。跟我们当年相比,现在的年轻人对科学未必更热衷。但是,国家发展水平高了,年轻人获取信息的渠道也更多了。影视作品、短视频,这些可以当成娱乐方式,也可以作为学习的方式。我始终主张,青少年还是要学严肃的科学。

记者:可是普通人日常接触到的,多是碎片化的知识。

曹则贤:我觉得,现在了解一些碎片化的知识也不是坏事。接下来,普通人、城市管理者,要想解决问题,都需要在某一个方向上做一个深入的了解。有时候,我们解决不了某一个问题,是因为我们对这个问题的认识是错误的,或者不充分的。知识储备越丰富,看问题就越清晰,就越能找到科学的解决方案。

记者:深入学习,对普通人来说,是不是难度太大?

曹则贤:不是,这不是借口。我们有很多手工艺人,老先生,大字不识一个。但是,他们手上有感知、眼睛里有观察、脑子里有思考。不管是吹糖人,还是刺绣。他们都在用自己的方式去学习,对这门知识,掌握了相当系统、相当深刻的认知。所以,科学是可以通过多种渠道去感知的。

记者:嗯,回到最本质的话题,科学到底能带给我们什么?

曹则贤:我们今天聊的内容,是关于如何科学地看待问题,从科学中找到相应的解决方案。道路拥堵,你跟大家说,要合理出行、避免拥堵,这是解决不了问题的。要给大家一个解决方案。就像我说的,有没有北京城市交通网络演化模型?其动力学特征什么样的?我们的城市管理体系中,如果有“闲人”可以做这些深入实地考察加虚拟研究的事情,问题就能更科学地解决。

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