本文来自微信民众号：把科学带回家（ID：steamforkids），作者：犀牛，头图来自：IC photo

最近各地陆续复工，马路上也恢复了昔日的忙碌，而昨天上午的北京已重现早岑岭拥堵：

@新京报

亲热又无奈的堵车，又回来了。不外最气人的是，有时路上并没有发生事故，也会莫名其妙的堵车，这就是传说中的“幽灵堵车”。堵车的源头就像看不见的幽灵一样让人们捉摸不透。

正如妖怪藏在细节中，堵车的幽灵也藏在细节之中。当路上的车辆趋近饱和时，司机一个小小的动作可能就埋下了隐患，好比刹车稍微有点急，或者与前车车距有点近，等等；纵然这些都没有，幽灵堵车照样有可能发生。

由于司机都是人，前后车的速率总会有细小的差异，这些差异在车流的通报中不停积累放大，导致某一处的车辆密度越来越大，最终形成拥堵。而拥堵的位置像波一样在车流中通报，正如下图模拟的情形。

幽灵堵车模拟动画 | Benjamin Seibold

像这样“堵车波”的速率一样平常比车速要慢，以是车辆总会脱节拥挤的区域。

而我们的太阳也身陷银河系的“堵车波”中，却没能脱节那片星海的拥堵路段。这片拥堵区域，有另外一个人人相对熟悉的名字——银河系旋臂。

太阳系在银河系中的位置

银河系中那一条条耀眼的光弧，就是它的旋臂。银河系共有4条主要旋臂，太阳系在靠近银河系边缘的一条小旋臂内。

我们原本以为星系旋臂的样子 | Wiki

这些盘状星系为何大多都有旋臂这样的结构？1960年以前，科学家一直没搞清楚这个问题的谜底。凭据那时的天文观察，靠近银河系中央的恒星绕银心一周所用的时间，比靠近边缘的恒星更短，那就意味着，随着恒星的移动旋臂的形态不能稳固存在。

遵照观察效果，旋臂不能稳固存在 | Wiki

在那时著名天体物理学家本特•斯特龙根（Bengt Stromgren）组织的集会中，科学家再次讨论了这个疑问。而在场的一位著名应用数学家被这个问题吸引，并在会后决议，将研究重心转向这一问题。这位就是著名的华人科学家林家翘。

林家翘从小学习优异，一起走来身边都是大师，清华时物理先生是周培源，在加州理工攻读博士时师从空气动力学家冯•卡门，此外林家翘还和冯•诺依曼合作过……固然，当他决议转向研究天体物理偏向时，他也已经是应用数学的大师了。

徐遐生与林家两家 | Notices of the ICCM

他受前人的启发，以为旋臂并不是牢固恒星组成的结构，而是一组波。他很快组建了团队着手研究工作，在1962年又吸纳了一位19岁的麻省理工学院本科生从事研究工作，由于他的优异显示，林家翘最先指导这位本科生举行旋臂形成的研究。这位本科生就是厥后著名天体物理学家徐遐生。

在1964年，他们就揭晓了密度波理论的论文，用以注释漩涡星系旋臂的形成。围绕银河系转动的恒星的轨道大多都是椭圆形的，而各个轨道的偏向并不是相同的，当轨道偏向发生一定转变，如下图中所示，就形成了螺旋臂的效果。

 Wiki

正如前面所述，组成旋臂的恒星并不是牢固的，是有出有进的。当恒星走进旋臂区域时，由于这里恒星麋集、引力增强，进来的恒星速率会减慢，就像在路上开车被别车，司机不得不减速一样；当恒星走出旋臂区域时，速率就会加速。虽然恒星在旋臂区域进进出出，但星系整体一直维持着旋臂的图案。

密度波理论注释的旋臂状态 | Wiki

是不是和幽灵堵车的波如出一辙？而且是串联增强版的幽灵堵车。

只管密度波理论在细节上仍然存在一定的不确定性，但已经得到了许多观察和模拟的支持。在形态类似的土星环中，卡西尼号探测器就拍到了密度波。

土星环中的密度波 | NASA

既然恒星会穿过旋臂，为什么唯独太阳走不出旋臂这个“拥堵带”？

由于太阳公转轨道靠近圆形，而且公转速率和旋臂的速率一致，以是太阳才没有穿越旋臂、在旋臂间忽快忽慢得飞驰。要知道旋臂云云耀眼是由于其内部极其阴险，群集着大量的超新星以及能扰乱太阳系的辐射等等。而且太阳所在位置，和银河系其他位置相比，也不算太拥挤，和周围天体的“车距”也较远。因而地球才气获得相对稳固的环境，从而降生生命。

巧的是，麻省理工学院去年的一项研究解释，控制好前后车距，让车尽可能保持在前后车的中心位置，能够缓解幽灵堵车。以是：

距离，发生美。

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