如果问，人类迄今为止有哪些「成熟」的发明？
君，首先想到的是——自行车！
“你是成熟的自行车，当然可以自己骑！”
只要速度够快，即使在布满石头的崎岖山路上，自行车也能自由前行(没错，没有人)。
自行车可以说是人类有史以来发明的效率最高、用途最广的人力驱动交通工具，也是我们生活中最常见的交通工具之一。
在荷兰，人均自行车数量一度飙升至每百人109辆的惊人数字。购物篮用来购物，户外用来对付山，孩子只能给妈妈背。一个人有好几辆车，合适的车比别人多。
然而，穷朋友们可能想不到的是，“自行车如何保持平衡”的问题，至今仍是困扰科学界一个多世纪的“未解之谜”！
要知道，自行车是法国人在18世纪末发明的。
而这个可以称之为世界上第一辆自行车的东西，其实和“自力更生”没有任何关系。
它没有驱动装置，也没有脚踏板。它看起来像一个有两个轮子的长板凳。它要在地上“走”才能带动它前进，但是它要转弯？好了，我们下来，扶着车身，改变方向。。。
这设计瞅着安全系数有点低这种设计的安全系数很低。
好在这种让整个屏幕都露出本来味道的设计，在几年后得到了改善。
1817年，德国森林学家德·莱斯发明了一种可以控制汽车方向的车把。
虽然还是要靠人的脚踏来驱动，但至少不用手动，不用转弯。
1817 年自行车的复刻版1817年自行车的复制品
至于骑行时是什么样子——
既然是双踏板驱动，那么人在上面移动的方式应该也差不多。
在随后的几十年里，自行车的设计被许多欧洲国家的人们不断改进，一代又一代地发展。一度变成了非常反人类的造型。比如下面这个版本的自行车，上起来甚至比骑马还难。。。
自行车的驾驭难度，曾一度和杂耍齐飞骑自行车的难度曾经和玩杂耍齐飞一样大。
终于在1874年，一个英国人劳森把它改造成了一个人人都能用的正常外观。
劳森发明了一种精密的机械结构，也就是我们现在所说的铰链。有了铰链，前轮可以在后轮的带动下移动，高于马背的座位终于有机会从直径一米多的前轮上移至更低更靠后的位置。
看到这里，估计穷朋友们多多少少已经意识到，自行车从一开始就不是靠一丝不苟的物理和数学理论公式设计出来的。
它的诞生完全依靠人类的生活经验！
但是，存在就是合理的。自行车不仅存在了近两个世纪，而且还在不断“进化”。到目前为止，它们可以在没有人力帮助的情况下自己保持平衡。如此神奇的现象，想必应该有科学依据来解释吧？
于是，科学家们开始颠倒它的设计原理，发现，呃？这个东西太玄学了，现有的科学理论都解释不了！
自19世纪末以来，科学界发表了各种论文来解释自行车的稳定性。一个最主流的观点是，自行车的平衡原理是“陀螺效应”。
朋友小时候应该都玩过陀螺吧？
无论哪种外力干扰高速旋转的陀螺，其平衡都很难被破坏。
这是因为当物体在快速旋转时，会产生一个叫做“角动量”的物理概念。
以陀螺为例。陀螺不旋转的时候会因为重力而落下来，但是一旦开始高速旋转，就会产生一个独特的一个方向的角动量。
下图中，红色箭头指示的方向就是陀螺在旋转时的角动量的方向。
用右手定则判定角动量方向用右手定则判断角动量方向
角动量方向一旦形成，就很难改变，也就是说，如果它的方向是向上的，就很难改变到右上或者左上。
角动量不是力，但可以表达物体旋转时的状态。
而角动量的这种效应到底有多厉害，你看看下面这张GIF就知道了。。。
图片左下角的陀螺仪不旋转的时候，一松手就掉了；当它高速旋转时，产生的角动量甚至可以使它克服重力的影响，继续在绳子上旋转。
即使是更大的轮胎。
此时，如果对这个高速旋转的物体施加外力，只有两种情况。第一，物体为了保持角动量的方向会平移；第二，物体会被迫停止正在进行的运动，直接“飞”出去。。。
朋友们理解，这其实也差不多。
生活中有很多现象遵循“陀螺效应”，比如泼水。很多人泼水失败的原因，大多是因为石头的旋转速度不足以形成使其保持方向的角动量。
而玩飞盘，飞盘从被抛出到落回手中，始终遵循角动量方向不变的规律。
当然，自行车也是如此。轮胎只要转速足够高，就会保持一个几乎不变的方向，平移前进，不管有没有人操纵。(这就是为什么自行车突然转弯越快越容易翻车。)
这个理论是否完整到足以让你相信自行车的平衡原理是由于“陀螺效应”？
说实话，差评君几乎完全被说服了。这个理论也在很长一段时间内统治了自行车研究领域，但是在1970年，一个叫琼斯的人突然跳出来说，根本不是因为“陀螺效应”！
琼斯不仅说了，还设计了一辆没有陀螺效应的自行车，做了一个实验，发表在一本叫《今日物理》的杂志上！
这辆特别的自行车的特别之处在于它有两个前轮，一大一小！在小前轮的传动下，大前轮会以不同的旋转方向旋转，也就是说这两个车轮的角动量完全相反，互相抵消，所以这款车在理论上成功消除了“陀螺效应”！
令人惊讶的是，这辆车还能成功保持平衡。。。差评感觉三观受到了冲击。。。
如果不是因为“陀螺效应”，什么能让自行车保持平衡？
琼斯提出了一个新理论——“前轮尾流”理论。
听起来挺高级的。简单来说，就是因为车轮的车轴比汽车的方向盘柄更靠前。翻车时，车头会向同一个方向倾斜。
这意味着当自行车行驶时，翻倒的自行车靠在弯曲的车头上，将重心改回到自行车重心的下方，从而保持平衡。
朋友们，仔细想想。骑自行车时，如果车子要向左倒，会本能地将车头转向左边以保持平衡吗？
这个理论似乎也很有道理，差评我都差点信了。
但在2011年，有人跳出来做出了挑战极限的终极版自行车——它不仅挑战了“陀螺效应”，还推翻了“前轮尾流”理论。
这辆自行车在两个方面很特别:它有四个轮子；同时前轮的轴线在车把后面！
前轮和后轮分别由两个轮子组成，两个轮子的转动方向相反，也就是说，前后轮的角动量相互抵消。
红色箭头表示角动量的方向红色箭头表示角动量的方向。
但是车把在前轮后面，这就意味着靠“前轮尾流”改变车身重心来保持自行车平衡的理论是站不住脚的。
问题来了。这辆车在没有人类控制的情况下真的能保持自身平衡吗？
答案是:当然。。。
据说看到的科学家都哭了。。。之后，直到今天，还没有人找到自行车平衡原理的完美解释。
可能看到这里，穷朋友想问，为什么科学家一定要和自行车过不去？
因为这就是他们毕生努力的全部:探索世界的真相，找到世界如何运转的真相。
在这一点上，我们已经成功了几百年。从宇宙的运动到微观粒子，科学家都能找到合理的解释。
但是低头盯着我从家里骑到实验室的自行车，我发现我连这么简单的事情都不懂。就像强迫症(OCD)在一张平整的白纸上发现了不平整的折痕。不舒服。。。
而正是因为科学家们这种斤斤计较、上下求索的精神，我们的科技才能不断被突破，不断被讨论，不断被创新，不是吗？
也许自行车保持平衡的真正原因，就藏在竞技精神里吧！也许自行车平衡的真正原因在于竞争精神！
来源:
YouTube视频:【趣味科学】自行车为什么不会翻倒？，@你在这里。
YouTube视频:陀螺进动，@真理
“自行车其实是外星人扔给地球的垃圾”
