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遭遇踩踏,逃生有“道”

2015-09-10方陵生

科学24小时 2015年11期
关键词:拐角障碍物蚂蚁

方陵生

公元532年1月的一个晚上,君士坦丁堡竞技场坐满了兴奋的观众,他们正在观赏一场激烈的赛车比赛。谁料在比赛中途,参赛双方的支持者蓝党和绿党却爆发了冲突。其他观众恐被波及,纷纷向竞技场外逃离,场面一片混乱。许多人被困在匆忙外逃的人流中,无法动弹,甚至被人群践踏。这场踩踏事件造成死伤者无数,并最终成了尼卡暴乱事件的导火索,几乎直接导致了东罗马皇帝查士丁尼一世统治的结束。

可悲的是,到了1500年后的今天,情况仍没有多大改观——自2009年以来,在摩洛哥、科特迪瓦、泰国和埃及等地,均发生过严重的体育场馆踩踏事件。又比如沙特麦加米纳地区于当地时间2015年9月24日上午发生朝觐者踩踏事故,而在最近三十多年里,朝觐麦加的过程当中已发生11次各类事故,大多是踩踏。当意外情况发生时,我们还是不知道如何在狭小的空间、拥挤的人流中逃生。

面对屡屡发生的惨剧,瑞士物理学家、社会学家德克·海尔宾(Dirk Helbing)和他的同事对人类的恐慌情绪进行了长期研究,并最终得出结论:“汹涌的人群会增强物理学上的相互作用,形成巨大的压力,这种压力甚至能够压弯铁栏,推倒砖墙。”

原始本能的延续

一些动物在遇到威胁时,会自然而然地群聚在一起,这是进化形成的一种本能,可以提高它们生存下来的几率。德国的拉尔夫·托利安(Ralph Tollrian)教授耗费毕生精力,专门研究捕食者混淆效应,他说:“捕食者在捕食时,如果集中注意力盯紧某个猎物,它就没法顾及其他的猎物了。”

而来自美国密歇根州立大学的兰迪·奥尔森(Randy Olson)则构建了捕食动物和猎物行为的计算机模型,他认为:“成群的鸟类和鱼类在面对某个捕食动物时,会慌乱地四处逃窜,导致捕食者产生‘认知超负荷’。”认知超负荷对捕食动物会产生很大的影响,因认知超负荷而困惑的捕食动物有时会变得异常沮丧,甚至会直接放弃捕猎行为。

无独有偶,人类在面临危险时,同样也会产生聚拢的倾向。诚然,这种行为可能会带来很多帮助,如共同抵御外敌(形成团体的力量更容易抵御威胁),人多势众可带来更多的安全感(个体可以隐藏在群体中)等。不过,当人类由狩猎转向依靠农耕自给自足,继而发展城市生活方式时,人类的生存环境已经发生了很大的变化,不会再像以往那样,需要面临随时可能出现的危险。可即便如此,在面对紧急情况时,我们的反应却依旧没有改变。美国亚利桑那州立大学的兰多夫·尼斯(Randolph Nesse)教授对进化原因导致的人类焦虑情绪深有研究,他说:“让我们祖先感到害怕的事情,仍然会让我们感到害怕。当我们恐慌的时候,古老的原始本能就会显现出来。倘若一个房间里有六个出口,那么分别从这六个出口平均疏散人群,应该是最符合逻辑的做法,但我们却偏偏会涌向最为拥挤的那个出口。如此不合常理的行为模式,往往会导致严重的后果。”

虽然我们可能很难摒弃本能,但如果能更好地理解慌乱逃跑现象的本质,那么在突如其来的踩踏事件发生时,我们也许就能提高逃生的几率。但研究人类恐慌情绪显然是有些困难的,于是科学家转向研究能给我们带来灵感启示的动物:蚂蚁。

人蚁本相似

虽然人类和蚂蚁是大相径庭的两种动物,但古巴哈瓦那大学的物理学家埃内斯托·奥尔苏勒(Ernesto Altshuler),对蚂蚁如何在紧急情况下逃生进行实验研究后,却发现“两者在面临恐慌时所选择的逃生方式极其相像”。

在2005年发表的一篇论文中,奥尔苏勒详细描述了这项实验。他将一些黑蚂蚁放在一个有两个对称出口的圆形白色培养皿中,然后将驱逐蚂蚁的液体滴在盘子的中心。他发现,四处逃窜的蚂蚁最终大多涌向了其中一个出口,而另一个出口则几乎无“人”问津。

在奥尔苏勒的实验中,我们可以清楚地看到,蚂蚁的逃生模式一如人类在踩踏事件中的表现。也许与蚂蚁相比,我们的反应还有过之而无不及。澳大利亚墨尔本莫纳什大学的尼拉简·什瓦科迪(Nirajan Shiwakoti)研究的是群体动力学,2011年他用数学模型研究同样发现——“蚂蚁自然形成的集体逃生通道,类似于人类群体运动的方式。”

蚂蚁的逃生之“道”

既然蚂蚁的逃生模式与人类极为相似,那么我们能否将蚂蚁作为实验对象,构造出一个合理的逃生之“道”呢?

为此,什瓦科迪构建了一种动物模型,专门研究人类的恐慌现象。他设计了不同位置与特点的逃生出口,并用蚂蚁进行了多次实验,从中发现了一些令人惊讶的现象:创造性地设置一些障碍,阻挡一下惊慌失措的蚁流,反而能加快它们的逃生速度。

设置障碍反而能让逃生者更快逃生?什瓦科迪和他的同事用实验证明了这一点。他们有意在蚂蚁的逃生通道中设置了一根立柱,结果证明绕过障碍物逃生的蚂蚁,比通过无障碍通道逃生的速度更快。

什瓦科迪和他的同事还尝试用方形培养皿设计了各种不同的逃生出口,有的位于一面墙体的正中,有的位于拐角上。结果他们发现,出口位于一面墙中间且前面没有障碍物的通道的逃生效率最低,50只蚂蚁需要花费18秒才能完全通过。随后,他们还对蚂蚁通过各类出口的逃生时间进行了计时——如果在位于正中的出口通道上加一个立柱障碍物,那么蚂蚁通过这段通道逃生的时间是14秒;若通过设有障碍物的拐角出口通道逃生,那么时间仅为11秒;若通过没有障碍物的拐角出口逃生,那么50只蚂蚁的逃生时间只有9.5秒。

山重水复是捷径

由此可见,在逃生过程中,距离最短且畅通无阻的通道,恰恰是最不应挑选的路线。当然,这个实验结果只是针对蚂蚁得出的,那么人类的表现又会如何呢?

什瓦科迪用计算机模拟了一个情景:惊慌失措的行人从一个房间里逃出来,并选择不同的路线逃生。结果显示,精心放置的障碍物在疏散过程中起到了积极的作用。什瓦科迪说:“如果出口在一面墙的中间,那么你可以从左边逃,也可以从右边逃,当然也可以一直往前逃。此时,人流就会分成几股,并在出口处再次汇合。正常情况下,他们应当依次通过出口,但倘若面对异常紧急的情况,他们显然就没有这个耐心了。人们会争先恐后,互相推搡,直接影响到群体的逃生速度。不过,特意设置的障碍物,却会在一定程度上帮助阻止这种人流的混乱流动。”我们不难想象,立柱障碍物的出现,会在出口的左右两边形成新的通道,从而减少出口处的拥挤和冲突。而拐角出口的逃生效率最高,则是因为它拥有分散群体流的内在特性。“如果出口在拐角处,那么逃生的群体流既有可能来自左边,也有可能来自右边,那么分流的逃生群体流会更平均一些。” 什瓦科迪这样认为。

目前,什瓦科迪和他的团队正在墨尔本足球场出口至火车站的路上设置一些障碍,且初步实验的效果相当不错。什瓦科迪说:“我们通过对火车站或体育场馆建筑结构布局的小小改变,就大幅度提高了人群的疏散速度。”

人类竟能从蚂蚁身上学得逃生策略,我们对此不应该感到惊讶。毕竟如何应对群体拥堵,蚂蚁已经学习、适应了数百万年,它们向我们演示的也许正是最好的逃生策略。

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