千年桥。功劳:布里斯托大学由美国佐治亚州立大学和布里斯托大学领导的一个国际工程师和数学提契恩团队，已经驱散了之前关于伦敦千年桥在被大量行人穿过时为什么会左右移动的理论。在过去的20年里，最重要的数学和物理理论之一是来自非相干代理的同步行为的自发出现。
例子包括萤火虫的协同闪光或演讲后突然同步鼓掌。
在对此的流行解释中(例如在2019年皇家学会圣诞讲座中)，最常用的例子可能是伦敦千年大桥开通当天行人引起的不稳定。
据说，一旦桥上挤满了足够多的人，他们就会自发地、不由自主地开始协调他们的行为；他们的脚步频率被桥的固有频率“锁定”(桥“想要”不振荡的频率)。结果是桥可怕的侧向摇摆。
这被认为是一个全新的现象，对于桥梁设计者来说是一个完全的惊喜，他们之前认为只有士兵们步调一致，如此大的桥梁振动才会发生，不协调的行人并不令人担心。
流行的神话是，实际上“天真的工程师”被“聪明的物理学家和数学家”取代了。
事实上，在工程分析和出版物中，有一个更简单的解释藏在显而易见的地方——仅仅因为行人试图不摔倒，桥梁就变得不稳定了。
在发表在《自然通讯》杂志上的这项新研究中，研究小组最终消除了这种“同步神话”他们发现，许多其他桥梁在承载大量人群时表现出大幅度的横向振动，几乎没有或根本没有脚步同步的迹象。
唯一与所有证据一致的解释是，为了不摔倒，随机行走的行人提供了“负阻尼”——一种正反馈效应，能量从行人的摆动转化为桥梁运动。事实上，解决这个问题的桥梁工程师一直都是对的。
添加到桥上的每个行人平均都会提供负阻尼，而不会使他们的脚步与所有其他人同步。因此，理论上，存在临界数量的行人n，使得第n个行人就像折断骆驼背的稻草，从而存在临界量的负阻尼，以使桥梁振荡开始增长。学分:凯文·戴利，佐治亚州立大学任何观察到的同步都是桥梁运动的结果，而不是原因。
该团队通过仔细审查所有可用的观察和实验证据、新的严格数学分析和详细的计算机模拟得出了这一结论，利用了一个独特的跨学科、多国团队的综合专业知识。
这些发现对桥梁工程师来说很重要，因为大范围的桥梁频率可能会出现大的振荡，因此试图通过确保桥梁频率不接近典型的行人起搏频率来避免这个问题是有潜在危险的。
更一般地说，对于自然界和社会中广泛的系统，本文认为这种宏观尺度的不稳定性(在这种情况下是桥梁运动)可能来自微观尺度的行为(在这种情况下是许多个体行人)，而不存在任何明显的因果同步性。它还指出了经济周期中的其他例子，以及哺乳动物和昆虫非常敏感的听觉器官的调节。
布里斯托大学工程数学系的艾伦·尚皮内斯教授说:“这种国际性的、多所大学的合作由来已久，但它展示了实用工程师、数学家和物理学家之间跨学科合作的独特力量。
“有时候答案藏在显眼的地方，但多年来，大众的智慧导致了对什么是非常简单的想法的不正确解释。”
乔治亚州立大学的Igor Belykh教授补充说:“我一直对同步的数学理论着迷，并试图将该理论应用于桥梁不稳定性，但直到与布里斯托大学的同事互动后，我才意识到有一个不同的故事，最终一起理解是一件非常有趣的事情，即使由于全球疫情，我们的大部分工作都是在Zoom上进行的。”
布里斯托尔土木工程系的约翰·麦克唐纳教授说:“造成这个问题的不是伦敦千年大桥的形式。当承载足够多的人群时，这些大的振动几乎可以发生在任何长桥上。
“事实证明，来自许多随机左右脚步的力不会抵消，但正反馈会导致振动失控，有点像两个或更多笔记本电脑在Zoom通话中彼此靠得太近，这很讽刺，因为这项工作大部分是在Zoom上与我们在剑桥、亚特兰大和Wroklaw的合作者一起进行的。”
在这项研究之后，研究小组希望在个体水平上更详细地研究该机制的生物力学，并考虑人群行为，包括人群中行人之间的相互作用。他们还想以类似的方式解决人类引起的垂直结构振动。
这些研究将需要进一步的数学建模和实验，无论是在实验室还是在真实的桥梁上。目的是量化各种条件下的影响，为桥梁设计提供更安全、更有效的指导。
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