懸賞百年，仍無人能解：為什麼自行車騎起來不會倒？

（本期科普聯動窗文章來源：科學畫報；文／王洪鵬 孫曉亮）

共享單車都騎得很爽啊，

有沒有想過，為什麼自行車騎起來不會倒呢？

這可是個懸賞百年，仍無人能解的問題。

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兩個輪子加上一些簡單的支架，組成了日常生活中最常見的交通工具——自行車。

騎自行車不是什麼難事，不過要講清楚行進中的自行車為什麼不容易倒，即「自行車穩定性」的問題，可沒那麼簡單。自行車只靠兩個輪子和地面接觸，但只要達到並不太高的速度，它就能夠保持平衡而不會傾覆；有些技術高超的人甚至可以雙手離開車把而不擔心摔倒。

關於自行車穩定性的研究吸引了許多物理學家、力學家乃至數學家參與討論。1897年，法蘭西科學院還為此特別設立了一個獎項。

然而，這個看似簡單的問題歷經百餘年的研究，至今仍然沒有圓滿解決，許多人還在繼續努力。

2011年，一個國際研究小組在著名的《科學》雜誌上發表論文，介紹了他們的成果。結論聽起來可能有點令人泄氣——「為什麼自行車能夠保持自我穩定，目前還沒有簡單的物理學解釋。」

呵呵，這是在逗我嗎？沒有解釋也可以發《Science》？

不過，他們發現了一些有用的線索。簡而言之，就是——「我不知道什麼是對的，但我好像知道了什麼是不對的。」

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以前的研究將自行車行駛的穩定性部分歸因於車輪的陀螺效應，也就是物體轉動時的離心力會使其自身保持平衡。還有一些科學家認為，自行車能夠保持平衡，主要是由於前叉後傾，即前叉不是垂直於地面，而是向後傾斜。

但是，這篇神論文的作者們對此抱懷疑態度。他們設計了一輛排除了陀螺效應和前叉後傾的自行車。實驗結果令人大感意外。研究人員把這輛車推行到一定速度後撒手，它自己穩定地行駛了相當長的距離，如同任何一輛傳統的自行車一樣。研究人員甚至在中途微微推了它一下，它也能很快恢復穩定。

實驗說明，陀螺效應和前叉後傾並不是自行車保持穩定的關鍵原因。實驗還顯示，質量分布可能對自行車的平衡起到很大作用。

此後，他們又繼續展開研究。2014年，他們又發明了一種無論怎麼傾斜也不會倒下的車子。這種車是自行車和三輪車的混合體，後輪兩側各加裝了一個輔助輪，看起來有些像兒童自行車。

兩個輔助輪由彈簧控制。彈簧鬆開時，這輛車和普通自行車沒什麼區別，轉彎時騎車人通過傾斜身體來保持平衡；彈簧緊繃時，它就成了一輛三輪車，車輛和騎車人都不需要傾斜，而靠後輪的作用來拐彎；當彈簧處在某個臨界點時，這輛車不管怎麼傾斜都倒不了，此時如果騎車人試圖扭轉車把來拐彎就會翻車。研究人員希望藉此研究騎車人究竟如何操控自行車並保持穩定，進而研製出更易操控的自行車。

自行車穩定性問題確實非常複雜，要徹底解釋清楚，還必須從腦科學角度進行思考。人類能通過極其複雜的直覺來保持騎行的穩定。例如，在速度非常低的情況下，我們很容易意識到，扭轉車把已無法控制方向，於是很自然地通過搖晃膝蓋來操控自行車。

我們為什麼會這麼做？到目前為止還沒人能回答。看來自行車的謎團將會繼續困擾我們。

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編輯：魯凡英

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