橋は、私たちのか弱い体では渡れないほど大きな穴を、大地に埋める手段です。それは岩山の間の絆創膏、大河を渡る縫合糸、鋼鉄と石でできた仮の処置であり、私たちが治療を続ける限りしか持ちこたえません。
中には、工学技術の耐久性を象徴する巨大な記念碑となるものもあれば、外科医の糸のように繊細に設計されたものもあります。つまり、動力付きの車輪付き乗り物ではなく、人間の足跡のために作られたものです。こうした歩道橋は人々の移動を促すものですが、それ自体が劇的に動くように設計されていることは稀です。
例外もあります。ある子供が「マイル・ハイ・スウィンギング・ブリッジ」で飛び跳ね始めた時、身長のせいで体が硬直していた小学5年生の私は、80フィート下の深い淵にぽかんと口を開けたまま、胃が痛くなるほどの衝撃を受けたのを覚えています。鋼鉄製の吊り橋はまさにその名の通りで、手すりにしがみつくと橋が揺れているのを感じました。何年も経って、ロンドンのミレニアム・ブリッジを渡ったことがありますが、テムズ川に架かる頑丈な人工の橋台では、ストリートパフォーマーたちがパフォーマンスを披露していて、かなり安定しているように見えました。
しかし、ミレニアムブリッジは、本来あるべき姿ではないのに揺れることで悪名高かった。2000年の開通時には、何千人もの人々が橋を渡ろうと待ち構えていたが、人々が橋に押し寄せると、橋は左右に揺れ始めた。開通日の動画が残っている。
「人々が全員足並みを揃えて動き始めると、橋がかなり揺れ始めるのがわかるでしょう」とジョージア州立大学応用数学教授のイゴール・ベリク氏は言う。
技術者は一般的に橋が揺れるのを見たくないので、ミレニアム橋は修理のためにすぐに閉鎖されました。
ベリク氏は、ミレニアム橋や、最近揺れが続いた後に再開通したブルックリンのスクイブ橋などの橋について調査した論文をサイエンス・アドバンス誌に発表した。
ベリク氏と共著者らは、以前の研究から、人間の歩き方（ぎこちないゾンビ歩きを想像してみて）の簡単なモデルを使って、人間が橋とどのように相互作用するかを示すことができることをすでに知っていた。
人が橋を渡るとき、特に歩行者用橋のような軽い橋を渡るときは、橋に力を加え、橋の微妙な動きに合わせて歩き方を変えることもあります。「船に乗っているとしましょう。船が安定しているときは、普段通りの歩き方をします」とベリク氏は言います。「もし海が荒れているなら、バランスを保つために歩き方を調整するでしょう。」
橋の上でも、より小さなスケールで同じようなことが起こります。人は橋のわずかな揺れにも無意識のうちに動きを調整します。右足を踏むと橋を右に押し、左足を踏むと橋を左に押します。右、左、右、左。
そこでこの新しい研究の出番です。通常、しっかりと作られた橋の上を歩く人は、何もするのに十分な力を発揮できません。しかし、力を合わせれば、多くのことが可能になります。ベリク氏は、人々が一斉に歩き方を変え、橋の上にいる人数が十分に多く、新しい動きに実際に力を加えることができれば、橋が揺れる可能性があることを発見しました。これは、橋の上を歩く人が増えるにつれて、揺れは徐々に大きくなると想定されていた従来の仮説とは異なります。新しい研究によると、それは全く徐々に大きくなるのではなく、橋を揺れさせるほどの足の数は実際にはほとんどいないのに、突然揺れ始めるのです。
ミレニアムブリッジの場合、その魔法の数字は約 165 でした。
「歩行者が164人いると、ほとんど何も起こらない可能性があります。ところが、1人か2人増えた途端、橋がぐらつき始めます」とベリク氏は言う。「非常に複雑な関係です」
しかしベリク氏とその同僚は、橋の設計者や技術者が安全に橋を渡れる人数を計算できる数学モデルを考案した。ベリク氏は、このモデルが、現在米国で歩道橋の設計評価に使用されている線形モデルに取って代わることを期待している。
揺れる橋は歩行者にとって不快なだけではないからです。群衆の動きの周波数が橋の固有振動数（橋が動く傾向がある周波数）と一致すると、予期せぬ事態が発生し、場合によっては橋の崩落も発生する可能性があります。
これは、歩行者が橋に及ぼす力を吸収する機械式ダンパーなど、多くの予防措置を講じることで解決できる可能性があります。しかし、設計者やエンジニアは過剰な設計にはこだわりません。
「歩道橋の問題は、軽量化が前提となっていることです」とベリク氏は言う。「なぜ巨大なコンクリート橋を建設する必要があるのでしょうか？ やり過ぎですし、費用もかかりすぎます。」
ベリク氏はエンジニアと協力してモデルを彼らの手法に組み込むだけでなく、ブリストル大学の研究者とも協力し、橋のもう一つの謎を解明しようとしています。過去には、人々が同期して動いていることが橋の揺れの原因だとされてきましたが、（兵士の小隊のように）完璧に同期した行進が橋の揺れを引き起こすという考えは、証拠によって裏付けられていません。揺れは、人々が同時に動いているかどうかよりも、動いている人の数に大きく左右されるようですが、正確な原因を解明するにはさらなる研究が必要です。
ある意味、橋やその他の建設物は、物理学、材料科学、そして人間の行動を融合させた、大規模（かつしばしば高額）な実験と言えるでしょう。そして、設計上の欠陥を問題になる前に発見することが、そのプロセスの大きな部分を占めています。私たちは今、曲面ガラスの建物が下にある車を溶かしてしまうことがないよう、ニューヨークの超高層ビルが風で倒れないかどうかを検査・確認し、建物に錆びるだけでなく、美しい古色を与えるのに十分な空気汚染を徹底して確保する方法を知っています。
橋に関しては、何が橋を揺らすのかを知れば、橋が落ちないようにできると期待されています。
