是否還記得孩提時代，我們跌跌撞撞學騎自行車的那段時光？

經歷了無數次跌倒后，我們終獲掌握了那時看似高難的技能，內心充滿喜悅和激動，迫不及待地向朋友們展示我們的車技。

騎車輕而易舉，但你有沒有思考過，自行車是如何保持穩定的呢？

自行車的穩定性似乎是個違反直覺的物理現象。一個雙輪結構如何保持穩定，甚至能夠自動調整以實現平衡，甚至在無人操控的狀態下也能保持直立，這種情形簡直如同幻術一般。著名作家兼未來學家亞瑟·C·克拉克先生曾有言，科技發展到一定高度，其與魔法的邊界便變得模糊不清。

任何高度先進的技術，都與魔法無異。

圖片中的自行車看似簡單，其實它走過了一段漫長的歷程。19世紀60年代的鐵制自行車，沒有橡膠輪胎，騎起來有種難以言喻的顛簸，我不會推薦男生們嘗試，至于原因……我相信你一定會贊同我的建議。隨著時光流轉，自行車的制造工藝已經發展到一個相當高的水平。

關于自行車為何能保持穩定，學術界有許多假設。比如其中一個理論是陀螺效應。

陀螺儀是由一個固定在軸心上的轉輪以及圍繞軸心旋轉的金屬框架組成。當陀螺儀的輪子靜止時，試圖使其保持直立的操作將以失敗告終。

然而，一旦輪子開始旋轉，陀螺儀便能穩穩地保持直立，像下面的圖片所示，它會自動維持平衡。

只要陀螺儀中的轉輪持續旋轉，它便能保持穩定的直立狀態，并抵抗任何試圖改變其狀態的外力。

如果你用繩子提著陀螺儀的一端，另一端則如同被一只無形的手握住一般，穩固不動。快速旋轉的自行車輪子，或大部分軸向旋轉的輪子，其行為與陀螺儀無異。

在旋轉的自行車輪中，存在著角動量，它是由自行車的轉速和質量分布所決定的，包括車輪本身的質量。觀察各種自行車設計，你會發現車輪中心有集中的質量分布，這種設計是為了在特定速度下提高角動量。

陀螺儀維持自身位置穩定的特性，使其成為飛機和航天器導航的重要組成部分。簡而言之，自行車輪上的陀螺效應確保了車輪的持續旋轉，并保持軸心的位置不變。

然而，將自行車不倒歸因于陀螺效應的理論家們忽略了一個事實。陀螺效應或許對高速行駛的摩托車騎手有幫助，而對于緩慢騎行，尤其是車輪重量輕的自行車來說，陀螺效應幾乎不存在，輪軸的穩定也難以得到保障。

如果你回憶一下當初學騎自行車時留下的傷痕，便會意識到陀螺效應的作用有限，你真正需要的，不過是推動自行車、跳上車，然后踏上快樂的騎行之旅。

關于自行車穩定性的另一個解釋是腳輪效應。

如果自行車的前部位于圖片左側，則形成正后傾角。

后傾角θ用度數表示，它表示車輪的垂直軸（灰色垂直線）與轉向軸（紅色虛線）之間的角度偏移。當轉向軸從自行車后部向前傾斜時，形成正后傾角；當轉向軸從自行車前部向后傾斜時，形成負后傾角。

腳輪效應幫助我們在超市購物車時，自動對齊或重新調整方向。注意輪子是如何跟隨方向的變化而重新定向的。在下次你推著購物車時，你可以觀察到，兩個輪子總是試圖保持在一條直線上。自行車上的車輪，即便方向有所變化，也能始終保持在騎手的正下方。

然而，荷蘭代爾夫特理工大學的自行車動力學專家阿倫德·施瓦布（ArendL.Schwab）提出，這兩種效應并非自行車自穩的必要條件。

他們在2011年發表的一篇題為“自行車可以在沒有陀螺或腳輪效應的情況下自我穩定”的科研論文中，證明了這兩種效應并非自行車穩定性的必要條件，因為他們設計了一款能夠自動駕駛的自行車，它缺乏自動控制特性，甚至在運動中還能自我調整。

在他們的研究中，發現其他設計參數，如質量分布、轉向傾斜軸等，都以復雜的方式影響自行車的穩定性。至今，這仍是一個正在進行的研究課題。