用物理學找到美麗新世界
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導論：西元一六九○年十一月七日，英格蘭的新國王威廉三世收到了一份手寫的書稿。這位出身於奧蘭治的公爵，剛剛在去年的一場不流血政變中，罷黜了篤信天主教卻不受人民歡迎的國王詹姆士二世。在當時的混亂情況下，這份手稿所記載的訊息或許為這位新領袖提供了一些心靈上的慰藉，因為它透露出，英格蘭已經是世界上一個安全穩固的政權。
這份手稿的作者是威廉佩堤爵士（Sir William Petty），他曾任牛津大學的解剖學教授，也曾在英格蘭對愛爾蘭的戰役中擔任軍醫。他於一六八七年逝世，而他的兒子塞爾伯恩伯爵（Earl of Shelburne）在數年後將他的著作送進了王室。佩堤宣稱他證明了：
一個人口數不多的小國，或許能藉由地理位置、貿易以及政策方針，獲得跟大國一樣的財富與權勢。
由於先天地理環境的限制，法國沒辦法像英國或荷蘭一樣在海上稱霸。
英國國王所擁有的子民與領土，天生就注定能獲得跟法國一樣的財富與權勢。
英國在邁向強盛之國的道路上，或許會面臨許多阻礙，但這些阻礙都是一時的，只要君民齊心協力，就可以克服所有難關。
過去四十年來，英國的權勢與財富已然與日俱增。
英國國王擁有眾多臣民，光靠其總消費額的十分之一，就足以提供十萬名步兵、三萬名騎兵、四萬名海軍，以及其他各項政府支出。只要稅收穩定，不論固定費用或臨時支出，政府都可以輕鬆應付。
英國的眾多臣民中還有許多閒置的人力，這些人每年將可以多創造兩百萬英磅，遠比他們現在賺到的還要多。各式各樣的工作機會也早已準備就緒，等著這些人來一展身手。
英國有足夠的財力來導引國家貿易。
此時的英國集合了天時地利人合，將領導整個商業世界的貿易潮流。
換句話說，佩堤認為英國完全具備了泱泱大國的條件。但佩堤是基於什麼論點做出如此大膽的主張？在這本名為《政治算術》的書中，佩堤主張將政治科學化。就像牛頓的「萬有引力定律」，終究必須借重定量分析、並仰賴天文學家布拉赫（Tycho Brahe）與克卜勒的重大發現一樣，佩堤用數據來證明英國社會的健全狀態。
佩堤解釋道：「我使用的方法，至今仍不普遍。我不是只用了一些比較級和最高級的形容字詞或是聰明的論點，相對的，我採用數字、重量或測量的方式來傳達我的理念（這是我長久以來對政治算術的堅持）。我只允許自己使用理性的論證，並只考慮那些在自然界中清楚可見的因素。此外，我也不觸碰那些會輕易隨著他人的心態、意見、品味和熱情而改變的事物，我承認我永遠都無法以令人滿意的方式，說明這些善變事物的基礎（如果可以被稱為基礎的話）。就像是我無法預料不知名染料的色澤，或者我無法光靠著入射與反射的角度，或是《投擲與投射》（De Projectilibus & Missilibus）一書中所描述的複雜物理學概念，絲毫不練習就能將網球、撞球、以及保齡球打得很好一樣。」
換言之，儘管佩堤宣稱他對善變的人類天性瞭解不多，他卻相信我們能藉由測量與量化的方式來進一步認識人類社會。他認為，政治算術這門科學能幫助國家的領導者，不受到人性中非理性因素的影響。此外，政治算術也可以用來創造出一些健全的、可驗證的統治原則。
■ 書摘 上路出發
無法改變的交通動態
一個社會規劃者會仔細地考量交通號誌的效用。他們提醒了我們，雖然人們通常都會把規劃跟控制聯想在一起，但是其中的關鍵因素卻往往在於事物之間是否具有協調性：人們必須在適當的時間做出正確的事情，以配合其他們人的行為。
湯瑪斯．謝林（Thomas Schelling）西元一九七八年
在任何一個知識領域的理論性研究中，其最主要的目標之一，就是要找出一個最佳的觀點以揭示出事物最單純的面向。
約書亞．威勒．吉布斯（J. Willard Gibbs）
不管是在煉獄，或是在天堂，於孤獨的旅行者之中、他是最快的一個。
盧亞德．吉卜林（Rudyard Kipling）西元一八九○年
如果要你每一年都要花一整個星期的工作時間坐在一個大紙箱裡，什麼事也不能做，不能站起來、不能伸伸懶腰、不能睡覺、不能看書、也不能看電視，你會覺得如何？如果你住在華盛頓特區、波士頓或是丹佛，那麼你或許已經嘗試過這種情況了。如果你住在洛杉磯，你或許每一年得花上一個半星期的時間來體驗它。
我說的是車子塞在車陣裡動彈不得的情況。隨著城市的擴展，通勤者的通勤距離就變得更遠。此外，由於許多大眾運輸系統都很老舊，而且騎腳踏車又變成了一種會威脅生命安全的活動，因此越來越多人選擇自己開車上班，於是，「塞在車陣中」便理所當然地成為城市生活的一部分。平均而言，過去二十年來，居住在美國大城市的人，在這種很孤單煩躁的情況下所浪費的時間已經成長了三倍之多。在洛杉磯，你每年花在交通堵塞上的時間很可能會高達五十六個小時：這個時間是每週正常工作時數的一點五倍。而且，塞車的情況肯定只會越來越糟。倫敦的居民會不厭其煩地告訴其他人（通常是當他們遇上塞車時），今天倫敦城裡的平均開車時速就跟一百年前的車速一樣慢（當時所謂的馬力就真的是指「馬的力量」）。有鑑於此，倫敦的管理當局最近開始在最容易產生交通擁擠的地段開始徵收塞車費，試圖藉此減少車流量。
寒暑假時，在歐洲看到超過一百公里長的塞車情況並不是什麼奇怪的事。由交通堵塞所造成車輛運輸的隱性成本相當地驚人，如果這項成本反映在汽車或汽油的價格上，或許在買車或加油時我們就會再三地考慮。在德國，每年人民浪費在車陣中的時間經濟成本大約有六百億英磅，其中還不包括對環境的汙染。而在休士頓（這裡的汽油很便宜！），如果將每天塞車時所浪費的汽油加總起來，每人每年大概會多花八百五十美元左右（五百英磅）。汽車所排放的廢氣是世界上最大的汙染源之一。在德國這種都市化程度很高的國家，排放到大氣中的有毒一氧化碳與氮氧化物，有百分之六十是來自於汽車。近年來，城市地區的兒童罹患氣喘的比例增高，其主要原因很可能就是源自於汽車所產生的汙染。因車輛過度排放二氧化碳所造成的溫室效應，或許正是導致兩極冰層融化的元兇。塞車時汽車引擎會空轉，導致汽油燃燒不完全，而這種情況就會讓上述的污染問題更嚴重。在西雅圖，平均每個人每年在塞車時（車輛靜止或幾乎靜止）所用掉的汽油就超過三百五十公升。
要解決塞車的問題，其中的一項方案就是建造更多的道路。但是，有了更多道路之後，必然會吸引更多的車輛，問題很快就會回到原點。美國國家歷史文物保存信託基金會執行長莫伊（Richard Moe）指出：「建造更多道路以疏解交通，就像是放鬆皮帶來解決肥胖問題一樣。」理想的解決方式，就是鼓勵民眾多多利用大眾運輸工具、多騎腳踏車、多走路。雖然這一類的事情都很容易做到，但是我們對內燃機的依賴還是很難消除，而這個問題不管在開發中國家或是已開發國家都越來越嚴重。如果減少車流量是很令人氣餒的一項任務，我們是否至少能以較有效率的方式來疏導它呢？簡言之，了解交通如何流動，以及為何阻塞乃是我們最急迫的目標。
儘管目前我們大多利用電腦來進行交通流量控制以及街道網絡的規劃，但是每個城市還是有它自己的「黑色地帶」，在這些地點，交通規劃者或是道路工程師始終都沒辦法完善地解決其交通問題。或許對規劃人員和工程師來說，要用數十年前就已經存在的基礎建設來應付二十一世紀的交通流量，真的是一項不可能的任務。我們都知道交通流量很奇怪，例如有時候明明沒有發生事情，但高速公路就是會「莫名其妙」的塞車。
現在，統計物理學能夠幫助我們找出交通流量移動以及堵塞的原因。世界各地的研究人員正努力地試著從有關液體與氣體的物理學概念中設計出模型，以便利用這種模型來預測交通壅塞情況會在何時、何地發生，以及會產生何種壅塞形式。我們已經知道交通有屬於自己的獨特行動法則，而這些法則時常令人感到驚訝，甚至偶而讓我們惱怒。雖然交通物理學無法解決所有的運輸問題，但是它可以幫助我們找到更好、更安全的措施、改善高速公路的設計，並且更準確地預測到塞車情況。它將讓交通控制不再只是一項依據經驗的活動，而是變成一門嚴謹的科學。而且，交通物理學的出現時間來得正巧，因為在運輸規劃的領域中，自由放任再也不能算是一項解決方法了。
持續追蹤
在繁忙的路段上開車就像是在玩股票一樣，因為你總是根據不完整的資訊來做決定。地方電台的交通狀況報導以及車內的電腦路線規劃系統，只能提供駕駛人有限的訊息，而且這些資訊常常無法在你需要的時候即時地出現。但是德國杜伊斯堡（Duisburg）已經成功實現了我們未來的期望。你可以透過網際網路，看到整個城市的即時交通流量地圖，而且每一分鐘就會更新一次。
我們可以在道路旁邊裝設監視器、記錄通過的車輛，藉此計算出交通流量。例如環線感應系統（埋在馬路下的壓力感應線）這一類的監視器，就能記錄每分鐘經過的車流量。然而，最有效益的交通流量測量方法不是計算車子數量，而是計算車流密度。在一分鐘之內通過的十輛車，可能是彼此車頭車尾緊貼、速度很慢的十輛車，也可能是彼此相隔很遠、但速度很快的十輛車。上述例子中，排成一列、緩慢通過的十輛車，其車流密度比較高；而後者的車流密度則比較低。要推算出車流密度，我們不只需要知道每分鐘共有多少車輛通過，還必須知道車子的速度。另外，我們還必須在每個監視地點將兩個電磁迴圈非常靠近地裝設在一起。
原則上，只要在每條道路上各裝設一對電磁迴圈，就可以量測出一個城市的交通密度。但這種做法一點也不實用。在杜伊斯堡，管理當局只在幾個重要路段測量車流密度；其它街道大部分都沒有裝設偵測儀器。研究人員會以一種有關移動粒子的電腦模型來模擬車流狀況（很類似我們在前面幾章所談到的模型），這樣一來，即使有些街道沒有進行實際偵測，還是可以根據電腦的模擬預估其交通流量。實際測得的資料則可以讓電腦模擬維持一定的準確度：研究人員會不斷地檢視並利用這些數據，以確保計算的結果符合實際測得的數據。他們假定這樣的運算方式將可以讓實際數據與計算結果之間的差距不會太大。
這個電腦模型是在一九九○年代初期由史瑞肯柏格（Michael Schreckenberg）所研發出來的。史瑞肯柏格是一位物理學家，他與芮格爾（Kai Nagel）在杜伊斯堡大學共同進行研究，後來史瑞肯柏格則到科隆大學繼續進行研究工作而芮格爾則到美國進行類似的研究，並為德州的達拉斯以及美國其他城市設計了即時交通流量地圖（註一）。
■ 書籍資料
書名：用物理學找到美麗新世界
作者：菲利浦．鮑爾
譯者：謝伯讓
出版社：木馬文化
語言：繁體中文
ISBN：978-986-6973-85-7