导读
借这个时机科普卡门涡街，很好，非常好。唯一的问题在于，这个解释是——错的。塔科马大桥倒塌和虎门大桥振动的原因，并不是卡门涡街导致的共振，而是另有更深入的原因。你看我在第二层，其实我在第五层！
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2020年5月5日，广东虎门大桥发生明显的振动。5月15日，虎门大桥恢复了交通，不过继续禁止货车和40座及以上客车通行。
虎门大桥恢复通车！3分钟了解虎门大桥振动事件始末，来源：新京报这也成为了一次科普的良机。许多专业人士说，振动的原因是“卡门涡街”。许多人绘声绘色地讲述了1940年塔科马大桥倒塌的故事，说这是因为卡门涡街导致的共振。这里的卡门不是歌剧里的吉普赛女郎卡门，而是钱学森的博士导师、空气动力学大师冯·卡门（Theodore von Kármán，1881 - 1963）。
1945年，二战结束的时候，冯·卡门领衔写了一份报告，准确地预测了空战的基本趋势，指导了以后几十年美国空军的发展。钱学森也参与了这项工作，写了6份专题报告。所以钱学森回国后，能为中国的两弹一星工程提供全局性的指导。这师徒两人不是一般的科学家，而是战略科学家！
让我们回到虎门大桥。借这个时机科普卡门涡街，很好，非常好。唯一的问题在于，这个解释是——错的。塔科马大桥倒塌和虎门大桥振动的原因，并不是卡门涡街导致的共振，而是另有更深入的原因。你看我在第二层，其实我在第五层！
冯·卡门提出，事故的原因是卡门涡街导致的共振。由于冯·卡门的崇高名望，这很快成了公认的解释。
这个现象是在1911年，由冯·卡门的博士导师、也就是钱学森的师祖普朗特教授的研究组发现的。冯·卡门在理论上找到了原因，所以叫做卡门涡街。
冯·卡门对塔科马大桥坍塌的解释是：这两串旋转方向相反的旋涡以一定的频率拍打桥梁，这个频率刚好跟桥梁自身振动的固有频率相近，于是发生了共振。振幅越来越大，最后桥梁就坍塌了。这个解释听起来很合理，所以直到九十年代，都是教科书中的标准解释，作为共振的典型案例。
之后发生的事情，是工程师们不满足于这种定性的解释，而是希望在风洞中重现塔科马大桥的共振。然后他们发现，塔科马大桥的固有扭转频率大约是0.2 Hz，而卡门涡街的频率大约是1 Hz，两者并不相近！这根本不是共振嘛！所以，九十年代以后的教科书都改了，指出塔科马大桥坍塌的原因是颤振，而不是共振。
卡门涡街确实发挥了作用，但不是共振，而是导致桥梁的某个振动模式自激放大。专业一点说，这个振动模式能够从流体中吸收能量，具有发散的倾向。卡门涡街的出现，诱导了这个发散的振动模式，振幅越来越大，最后就断裂了。打个比方，卡门涡街好比一个健身操教练。以前的解释是，你直接模仿这个教练的一举一动，运动起来了。现在的解释是，这个教练激发了你内在的动力，你运动起来了，还带动她和你一起运动。有兴趣深入了解的观众，请阅读张伟伟老师的原文。
顺便说一句，有人说虎门大桥的钢索断裂、主缆腐蚀严重，痛骂豆腐渣工程。工作人员指出，这是2019年检修时发现的（https://baijiahao.baidu.com/s?id=1666361467914948209），已经处理过了，并不是今年的事，当然也不是今年振动的原因。今年振动的原因，正是上面说的“健身操教练激发你内在的动力”（虎门大桥今天恢复交通，振动原因正式公布）。以后谁再跟你说，塔科马大桥坍塌和虎门大桥振动是因为共振，你就可以指出他的错误了。你看我在第二层，其实我在第五层！最后，这个故事对我们有什么启发？这说明科学不受任何权威的束缚，即使是冯·卡门这样的大师。没有任何东西是金科玉律，今天认为是真理的，明天就可能在新的证据面前修正。欢迎大家关注我们的账号“科技袁人”。能够不断进步，突破自己，这正是科学的魅力所在，正是科学比宗教、迷信和各种陈词滥调高明的地方。
作者简介：袁岚峰，中国科学技术大学化学博士，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心副研究员，科技与战略风云学会会长，“科技袁人”节目主讲人，安徽省科学技术协会常务委员，入选“典赞·2018科普中国”十大科学传播人物，微博@中科大胡不归，知乎@袁岚峰（https://www.zhihu.com/people/yuan-lan-feng-8）。
责任编辑：祝阳