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過山車為什麼這麼刺激?真相只有一個!

1月
10
2022

2022年1月10日17時

2021年11月16日 11:00

科學報綜合

  追求刺激是人類的本能。

  撰文 | 瞿立建

  過山車的曆史

  俄羅斯冰滑梯,過山車的前身

  過山車的前身是冰滑梯,這是俄羅斯人早在15世紀就搞出的刺激性活動。冰滑梯用木頭搭建的,木制坡道覆蓋上冰雪。人沿著木台階,爬上相當於現在七八層樓的高度來到滑梯頂部,然後坐在雪橇上,沿著50度左右的坡,一滑而下。

  冰爽刺激,飛一般的感覺。

  到了18世紀,俄羅斯把冰滑梯搞得更刺激了。滑梯不再僅僅是一段,而是多段聯合滑梯。依山跨河,在滿目壯美景觀中,從一段滑梯沖下,再沖上下一段滑梯。冰滑梯上白天彩旗招展,晚上火把通明。白天滑不夠,晚上接著滑。

  冰滑梯還走入了沙皇的宮廷,王公貴族、達官顯貴也不惜千金之體,犯險求刺激。

  俄羅斯的冰滑梯逐漸傳入西歐,設計上也有進步。

  「俄羅斯山」,過山車的鼻祖。

  1804年,法國巴黎建了一座滑梯,給雪橇加了輪子,命名為「俄羅斯山」(法語名為「Les Montagnes Russes」)。這座車滑梯被視為現代過山車的鼻祖。

  車滑梯擺脫了自然的束縛,不是冬季也能玩。

  「俄羅斯山」不僅刺激,也更危險,傷害事故層出不窮。吊詭的是,在當時這反而更吸引人來玩。

  1817年,法國人又做了改進,輪子更結實,坡上裝上了軌道。巴黎這座名叫 「空中漫步」(法語名稱「The Promenades-Aériennes」)的滑梯,被認為是史上第一座現代過山車。

  「空中漫步」(法語名稱「The Promenades-Aériennes」),第一座現代過山車。

  1846年,巴黎對坡道又做了變化,加上了一個直徑達4米的圓形軌道。

  1887年,巴黎貝爾維爾地區建了一座大型車滑梯,由4段8字形軌道組成,長達200米,名為「貝爾維爾俄羅斯山」(法語名:Montagnes Russes de Belleville)。

  19世紀末到一戰這段時間,科技進步,經濟騰飛,沒有大規模戰爭,被稱為歐洲「美好年代」,車滑梯愈加流行。

  「貝爾維爾俄羅斯山」

  在法語和西班牙語裏,過山車就被稱為「俄羅斯山」。而在俄羅斯,過山車被叫作「美國山」。因為,美國人將過山車發揚光大,又傳回俄羅斯。

  1850年代,美國賓夕法尼亞州的一段廢棄的山區鐵路,被人用來尋求刺激。坐在車上,順軌道而下。這種娛樂人們稱為「重力鐵路」(Gravity railroad)。

  重力鐵路

  重力鐵路給了商人、發明家拉瑪庫斯·湯普森(LaMarcus Adna Thompson)很大啟發。湯普森設計了之字形鐵路,並於1884年在紐約康尼島投入商業運營。

  真正的過山車,終於面世了。

  湯普森的生意很成功,開業一周就收回了全部成本。

  拉瑪庫斯·湯普森(LaMarcus Adna Thompson,1848年3月8日——1919年5月8日),美國企業家、發明家,現代過山車之父。

  1884年,紐約康尼島之字形鐵路娛樂設施。

  湯普森的成功,吸引模仿者蜂擁而來。康尼島成了過山車的試驗場,創意新穎的、奇形怪狀的、危險作死的,應有盡有。

  有人竟然設計出一種大炮過山車,車體用大炮打出來,飛行一段距離,落到另一段軌道上。但這種過山車最終沒能試驗成功。

  環形過山車試驗成功了,但安全性和體驗比較差,商業上不成功,客流量太少而入不敷出。

  環形軌道當年不掙錢

  對過山車有實質性改進的是湯普森公司的約翰·米勒(John Miller)。他一生有100多項過山車方面的專利,設計和參與設計150多座過山車。

  米勒首先大大改善了過山車的安全性,重新設計了各種軌道,讓過山車跑得更快更刺激。米勒被譽為「現代高速過山車之父。」

  約翰·米勒(John Mueller 1872年 – 1941年6月24日),美國過山車設計師、發明家、企業家。

  直到1929年大蕭條之前,過山車事業蓬勃發展,這是過山車的黃金時代,全球建了1500多座過山車。許多過山車設計師掙得了財富,留下了創意。

  設計師Harry Traver開始考慮拋棄木制軌道,改用鋼軌道。可是他的設想還沒有大規模鋪開,大蕭條就來了。

  之後第二次世界大戰爆發,過山車沒了遊客,只好停止運營,甚至被拆除。

  二戰結束之後,美國一片欣欣向榮,普通家庭有錢又有閑。迪士尼洞察到人的需求,開建迪士尼樂園,並在其中建了一座新的過山車。

  迪士尼樂園馬特洪過山車,開創鋼軌道過山車紀元。

  1959年,加州迪士尼樂園的過山車建成了,整個形式仿瑞士阿爾卑斯山馬特洪峰。其最大的創新在於拋棄了木軌道,采用了鋼軌道。

  鋼軌道便於設計更有難度的軌道。此後,各種有創意的軌道不斷出現,過山車更快、更高、更長,不斷自我超越,迎來了全盛時期。

  2021年開始運營的北京環球度假區霸天虎過山車

  享受加速度

  過山車給人享受,第一性原理是人體對變化的力作出響應,刺激人體分泌神經化學物質,如腎上腺素、多巴胺等。

  過山車上單位質量的人受到過山車的力,根據牛頓第二定律,為總加速度減去重力加速度,再除以重力加速度大小,叫作G力。

  為遊客安全,過山車相關標准對G力的大小有規定。

  G力是矢量,一般在生物力學坐標系(Biomechanical coordinate system)裏分解G力。生物力學坐標系定義如圖1所示:

  國際標准組織(ISO)對過山車G力的安全範圍以卵形圖表示,如圖2所示。

  遊客對G力的承受時間也有限制。G=6,持續時間不得超過1秒;G=5,持續時間不得超過2秒。G越小,允許持續的時間就越長。圖3為某過山車的G力記錄,最大G力為4,持續時間低於標准規定的6秒。

  相關標准對G力隨時間的變化率(即加速度對時間的導數,叫作急動度。)也有限制。根據ISO標准,加速階段急動度最大為15g/s,減速階段急動度最大為0.8g/s。可以看出,圖3中的過山車滿足這個要求。

  當你玩過山車的時候,倒是不必費力去測量加速度,來看過山車是不是符合標准。過山車是特種裝備,國家嚴格監管,可以相信運營中的過山車都是不大可能出現災難性事故的。

  你要做的就是感受快感,發出叫喊,享受加速度。

  過山車俯沖而下時,你會感到你體內的器官動起來了。

  你的身體不是鐵板一塊,加速的時候,身體各個部分分別加速。座椅推你的背,背部的肌肉推你的器官,這些器官又推其前面的器官。

  如果你做自由落體運動(圖3中G力接近0或-1的時間段),你身體的各部分就不再推來擠去了,分別獨自下落。你會感到你漂浮在你的體內。

  你還能對重力與慣性質量的等價性有更直觀的感受。愛因斯坦就是想明白這個事情之後,很快就完成了廣義相對論。

  力如果有變化,會感到更刺激。請做好心理准備,上環形軌道。

  20世紀早期,環形軌道就是圓形的,在軌道底部,加速度太大,讓人很不舒服,整個過程加速度變化太劇烈,容易將遊客扭傷。現在環形軌道一般不再是正圓形的,而是淚滴形,曲率下大上小,降低加速度變化率。

  更刺激的是,過山車還可以沿著軌道翻滾,忽而在軌道上方,忽而在軌道下方。

  廣州長隆翻滾過山車

  過山車心理學

  過山車風靡世界,很多遊樂場的過山車常常會有「排隊兩小時,坐車兩分鐘」的盛況。我們人類為什麼喜歡坐過山車?

  一個明顯的答案是追求刺激。用心理學術語說,是為了感覺尋求(sensation seeking)。感覺尋求是指個體尋求多變、新異、複雜、強烈的感覺和體驗,並且采取生理、社會、法律、經濟等方面的冒險行為來獲取以上體驗的人格特質。感覺尋求包括四個部分,分別是刺激和冒險尋求、體驗尋求、去抑制性和去敏感性。

  直白地說,就是作死。

  坐過山車顯然屬於刺激和冒險尋求,與攀岩、潛水、跳傘、死亡自拍等,歸為一類。

  過山車靠什麼給人刺激?

  直覺的答案是速度,但是心理學家卻發現,速度與感覺尋求直接相關的證據不足,比如飆車党很多不是感覺尋求,有些是特定情景下冒險行為。

  心理學家認為,過山車靠恐懼感帶給人刺激,就像看恐怖片。恐懼使體內葡萄糖水平升高,帶來心跳撲撲、喘氣呼呼、活力滿滿等生理狀況,心理學上稱為「戰鬥或逃跑反應」(fight or flight response)。研究證實,坐過山車可以產生這種反應。

  安全環境下,戰鬥或逃跑反應與感覺刺激可共存嗎?

  對蹦極研究發現,二者可共存。蹦極新手跳完之後,不僅感覺神清氣爽、極度興奮,血液中的內啡肽水平還升高,這是大腦分泌的一種著名的快樂物質。

  蹦極者血液內皮質醇水平也升高,而人在感到有壓力時會分泌更多皮質醇。人能同時感到焦慮和快樂嗎?

  答案是,人的壓力不都是壞的,好的壓力叫做積極壓力(Eustress,也叫良性應激)。

  過山車乘客也會感到積極壓力。荷蘭科學家研究哮喘與壓力與關系時發現,患有哮喘的志願者坐過過山車後,哮喘症狀可減輕。研究者認為,原因在於他們體驗到了積極壓力。

  不知道,坐過山車能不能成為哮喘病的一種療法,兩圈一療程?

  過山車也不是人人都愛坐,個體差異也許可以腦化學來解釋。除了內啡肽,大腦還分泌另一種快樂物質——多巴胺。內啡肽水平高更可能是身體經曆「險境」的自然反應,而多巴胺水平高的人更可能去尋求刺激,如坐過山車、吸毒、行竊等。

  心理學目前還不能回答人們享受過山車的真正心理原因是什麼。也許本來就沒有單一原因,而是高速激情、克服恐懼、生理刺激等多因素的綜合效果。

  現在的時代,溫和、安全,甚至顯得無聊,這其實是人類的幸運。更幸運的是,我們還能花點小錢,在非常安全的環境中,分泌腎上腺素、內啡肽、多巴胺,體驗刺激、快樂和快感。我們的祖先要在警惕或處理危險時才能感受這些激素帶來的體驗。

  參考資料

  Phys·Educ·2020,55,065012

  原標題:「冒險者的遊戲:過山車的曆史、物理與心理學」

  來源:返樸


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