這種發明自然沒有意義,所以很快壹個叫德·萊斯的德國森林管理員就給它加了壹個可旋轉的把手,至少它不需要移動。奇跡般的,這麽不起眼的東西,經過了很多人的改造,出現了無數的形狀。
最後,壹個叫勞森的英國人實在看不下去了,在他的自行車上裝了壹個鉸鏈。這種鉸鏈傳動系統的前檔大,後檔小,不僅省力,而且車輪最終也能壹樣大。這壹造型最終定型,並流傳至今。換句話說,在整個自行車發展史上,從來沒有科學家的參與,完全依靠勞動人民的智慧和生活經驗。
其實現實世界中有很多這樣的事情。人們只知道怎麽做成這樣,卻不明白為什麽。但是東西做出來之後,科學家終於介入,開始探索本質。
在主導了幾百年的自行車理論中,“前輪陀螺效應”是繞著壹個中心點旋轉,不僅繞著自己的中軸線旋轉,還繞著壹個底點擺動。只要陀螺轉得夠快,擺幅就小,陀螺就不會掉下來。這種快速旋轉的陀螺不僅不會倒,即使受到外力,也只會發生位移而不會倒,比如在崎嶇不平的道路上自行校正的自行車。
這種現象叫做“角動量”。這顯然是壹個可以接受的理論,直觀簡單。於是它統治了世界壹百多年,出現在很多科普書籍中。
前輪尾跡破壞陀螺效應的理論在陀螺效應統治時期受到了很多人的質疑。
比如物理學家索末菲認為,如果“陀螺效應”主導了自行車的平衡,那麽自行車的輪子就應該盡可能地利用重輪和輪胎的邊緣來加強這種效應,但事實卻恰恰相反。從車輪的結構可以看出,陀螺效應其實很小。
但真正打破這壹理論的是英國人大衛·瓊斯,他提出了前輪尾流理論。前輪尾流的核心是重心要不斷調整。自行車直立時,前輪向前沒有偏轉角度,但如果自行車傾斜壹個角度,自行車前輪也會偏轉壹個角度。
自行車前叉點與自行車傾斜角度和前輪偏轉角之間存在函數關系。他用計算機計算出這個函數關系,即將落地的自行車重心從頂部回到底部,從而保持了自行車的平衡。就像我們騎自行車的時候,會有意識地把自行車的車頭往同壹個方向矯正,使其恢復正常。
科學家實驗科學驗證自行車平衡原理的核心是,把這個原理從自行車上去掉後,自行車平衡系統就會失效。對於科學家來說,自然不能像某些人那樣依靠顱內科學進行詭辯,所有的理論科學最終都要依靠實驗科學來證偽。
面對自行車,科學家的方法是造壹輛缺少某種原理的自行車,觀察它是否還保持平衡。Juns做了壹輛同時有兩個前輪的自行車。這輛自行車的兩個前輪相互平行,以相同的速度反方向旋轉,以抵消陀螺效應中的角動量。
神奇的是,這輛自行車還能自由行走,所以“陀螺效應”理論是不攻自破的。
這些科學家建造了壹輛變態的自行車,它不僅有四個輪子同時抵消前後輪的角動量,還具有前輪的負尾流。可惜這輛自行車還在健身房裏推著,自由奔跑,直到速度用完。研究人員甚至在自行車自動駕駛期間推了它壹下,但很快汽車就自動調整到了直線軌道。
唯壹的發現是,人們發現如果這個自行車的水龍頭是固定的,它將無法保持平衡,但他們仍然不知道為什麽。所以到了今天,自行車不倒的問題還沒有解決。科學家只能模糊地感覺到,陀螺效應、前輪尾流和自行車的前重心可能以壹種內在的關系影響自行車的平衡。
人類對自行車的應用,更像是人類在適應自行車。因此,在自然界中,只有人類和猴子等少數動物會騎自行車。在自行車背後,生物大腦可能是壹個更大的謎團。