书中的一个小故事
2017-02-24
在19世纪，当士兵行军过桥时，无论其人数多少，都被要求打乱步伐。近代科学认为，所有物体都具有各自的天然频率（即指物体在运动状态下能起依其产生共振的频率），所以士兵过桥时更有必要打乱步伐了。人们相信，如果士兵行军的步伐节奏与他们正在通过的桥的天然频率一致，灾难就一定会发生。
塌桥风波
上述观点起源于1831年4月12日布劳顿悬索桥的事故。这座桥位于兰开夏郡布劳顿和彭德尔顿之间的艾尔伟河，由曼彻斯顿的富人约翰·杰茨费拉德于1826年出资修建。事发当天，在小约翰·杰茨费拉德中尉的带领下，第60步枪团的七十四名士兵自沼泽地训练归来，准备过河返回位于索尔福德的营房。当士兵们在桥上迈着骄傲的步伐开步走时，桥突然塌了，所有的人都落入水中。幸好河水大概只有半米深，大家受的伤都很轻。
这件事很快惊动了新成立不久的曼彻斯特机械学院的科学家——杰茨费拉德也为这所学院捐了很多钱。科学家猜测，桥的倒塌可能是由士兵们齐步走产生的共振造成的。这个说法令那些参与修建这所桥的人颇感欣慰——因为布劳顿桥是世界上第一座悬索桥，是当地的骄傲，而设计和建造这座桥的人也不希望自己被贴上无能甚或更糟糕的标签。军队也立刻发出指令，所有军人在过桥时，无论其人数多少，必须打乱步伐，以随意的步态通过，以免把桥震塌。
螺栓与螺母
尽管现实中的确存在机械共振，但它与桥塌无关，齐步走的士兵和桥塌也没有关系。风波过后，与修桥出资人没有关联的工程师调查了现场，发现将其中一根悬索固定在锚钉上的一枚大螺栓断裂了。工程师还发现，很多其它固定悬索的螺栓也都出现了裂缝或弯折。这些螺栓是备件，替换在此之前就出了故障的螺栓，在出事之前已经使用了三年。
随着调查的深入展开，人们发现著名结构工程师伊顿·霍奇金森(1789—1861)曾对悬索的强度表示怀疑，并建议在安装之前对悬索进行检测。这是非常明智的建议，可惜没有人注意到。另外，如果士兵的行进能够导致桥梁坍塌，为什么桥没有在士兵们过桥前往科萨雷沼泽时倒塌呢？事实上，桥本来就要塌了，恰好在士兵过桥时因为承受不住他们的重量而最终倒塌。这与士兵以整齐的步伐前进没有任何关系。桥的倒塌主要是机械故障造成的，是设计和建造的缺陷所致。
迷思不解
尽管如此，人们仍然相信齐步前进会把桥震垮。1850年4月16日发生在法国的昂热悬索桥倒塌事件似乎更加印证了这一点。事发当天有狂风暴雨。一个营的约五百名士兵通过该桥时，两根悬索崩断，桥随之坍塌，共有226名士兵在此次事故中丧生。这一次，尽管士兵们已经按照命令拉开距离并打乱步伐，人们仍将之归咎于行进所导致的机械共振。此外，该地区驻扎着很多军队，士兵们经常通过该桥，有的在过桥时打乱步伐，而有的没有。事发当天的早些时候，隶属同一个团的两个营也自该桥通过，桥却安然无恙。事故调查中也有类似的发现：发生断裂的悬索的锚固点出现了锈蚀。昂热悬索桥的倒塌原因和布劳顿悬索桥是一样的，都是因为机械故障。
疾风乍起
1940年，美国普吉特海湾的塔科马窄型悬索桥发生坍塌，其原因又被自动地归结为风引起的共振。因为这座桥的桥面总是晃动不已，即便在建造过程中也是如此，于是它得了一个绰号叫做“飞驰的格蒂”。即便如此，这所桥后来坍塌时只造成了一起伤亡事件，遇难的是是一只叫做“塔比”的西班牙猎犬。
尽管根据设计，该桥能够抵御120英里/小时的风力，但事发时的风力仅为40英里/小时。尽管如此，桥塌以后，人们依然立刻将事故原因归结为风力引起的共振。人们认为风刮过桥时形成一股旋风，旋风的震荡与桥的天然频率相一致。当振动达到一定强度时，桥便坍塌了。
疑云出现
时至今日，仍然不乏关于“格蒂”桥因机械或风引起的共振而坍塌的说法，但是也有一些不同的声音。罗伯特·H.斯坎隆（1914—2001）写了好几篇文章抨击上述观点。作为金门大桥项目的主要顾问，他的话具有一定权威性。斯坎隆是悬索桥结构的空气动力学和气动弹性力学研究领域的先驱，在国际上享有盛誉。他，以及这一领域的其他重要人物，经常向塔科马共振理论泼冷水。
P．约瑟夫·麦肯纳教授和艾伦·C.拉泽教授在《摇滚之桥》中，提供了一个反驳塔科马共振理论的非常有说服力的例子。这两位教授认为共振是对精确度有很高要求的自然现象。以玻璃杯的碎裂为例，麦肯纳和拉泽教授描述了令扰动频率与物体的天然频率相匹配所需的特定条件。而塔科马桥坍塌之夜的狂风暴雨是不太可能提供如此“精确而持久的条件”的。两位教授将桥塌的原因归结为桥在风暴中经历了各种振荡，而这些振荡导致了桥面的大幅度扭转。我还想说的是，桥面在风中猛烈的上下振荡向悬索施加的压力也是一个因素。
尽管布劳顿桥、昂热桥和塔科马桥的坍塌情形各有不同，但都与共振理论无关。然而科学上历时弥久的谬见是不那么容易消失的，所以时至今日，士兵在过桥时总还要打乱步伐，以防不测。
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