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你为什么喜欢呆在城市中,或许这是个原因【转 Liverbird】  

2014-10-11 21:17:32|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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[导读] “大城市并非只是一个放大版的小镇。”尽管在大都市里,噪音不断,人群拥挤,令人分心的干扰无数,然而如果这里居住着 500 万人,这个城市的创造力则是一个人口数量为 10 万人的小镇的 3 倍。

本文摘自《伟大创意的诞生》,史蒂文·约翰逊(Steven Johnson)著 ,浙江人民出版社

原标题:超线性城市

瑞士科学家马克斯·克莱伯(Max Kleiber)从小就成了拷问传统和规则的小怪才。20 世纪初期,克莱伯在苏黎世大学读本科,白天他在街头行走时的着装让人们大为惊叹。通常他只穿着凉鞋,衣领大开,这种装扮在正式场合是较为少见的。克莱伯在瑞士军队中服役时,无意中发现自己的长官们将情报出卖给德国军方,而瑞士官方早已公开表态在第一次世界大战中保持中立。这种情况让他非常惊恐,于是,在下一次征集令传到时,他悄悄地躲了起来。最终,他因此获刑几个月。几经辗转,当克莱伯终于在农业科学领域里一展抱负时,他早已对苏黎世社会中的种种规则与限制忍无可忍了。在之后的几十年里,无数的反传统人士和反战运动者们都效仿克莱伯的着装法,仅穿一双凉鞋就在大街上大步行走。后来,克莱伯搬到了加利福尼亚居住。

加利福尼亚大学戴维斯分校地处沃野千里的美国中央谷(Central Valley)中心区域。在该分校区的农业学院里,克莱伯在事业上取得了初步成就。起初,他的研究对象是牛,主要测量动物体重与其新陈代谢速度之间的关系,以及有机体燃烧能量的速度。测定新陈代谢率对养牛业有重要的意义,因为该数据能帮助牛农们合理地估算出牛群需要的食物量,同时,估算出在屠宰这些牛后,最终能产出多少牛肉。克莱伯刚到戴维斯分校不久,在研究中就发现了一条奇特的规律。为了验证这条神奇的数字规律的适用范围,克莱伯将研究对象扩展到牛以外的各种不同生物,包括老鼠、鸽子、狗,甚至是人。

科学家和一些热爱动物的人们很早之前就发现了这样一种情况:生物体的体积越大,它的生命进程就越慢。比如,苍蝇的生命短则数小时,长则几天,但大象却可以生存半个世纪之久。鸟类和其他体积小的哺乳动物,其心脏传输血液的速度非常快,是长颈鹿和蓝鲸的数倍。但生物体的体积与其生命长短之间的关系却并非是线性的。比如,马的体重可能是兔子的 500 倍,但马的脉搏速度却并非兔子的 1/500。克莱伯在戴维斯实验室中做了大量的测量,最终发现在这种标度现象中,隐藏着一条不变的数学关系——克莱伯定律(Kleiber’s Law)。如果将所测得的质量数据和新陈代谢率画到对数坐标中,将得到一条由低点往高点延伸的完美的直线——从位于低端的老鼠和鸽子到位于高端的公牛和长颈鹿。

在物理学家们的研究中,经常会发现一些美丽的方程式。但生物学研究的现象却要复杂和混乱得多,要得出完美的数学定律是极其困难的。随着克莱伯和他的研究团队们所研究物种的数量的增加,这条定律也更加清晰:生物体的新陈代谢率与其体重的 1/4 次幂呈反比。算法可简单表示为:(1)先将1 000 进行开平方根运算,运算结果约为 31。(2)再将 31 进行开平方根运算,运算结果约为 5.5。比如,奶牛的体重大约为土拨鼠的 1 000 倍,那么一般情况下,奶牛的生命比土拨鼠长 5.5 倍,而土拨鼠的心率却比奶牛快 5.5 倍。科学作家乔治·约翰逊(George Johnson)曾指出,克莱伯发现的定律中有一“可爱”之处,即不同物种之间的心跳数差异有一定的稳定性,较大体积的动物则需要更长的时间来耗尽其心跳总数。

在克莱伯发现这条定律后的几十年里,人们发现这一定律对细菌类微生物体和细胞的新陈代谢率也适用。人们甚至发现连植物的生长也遵循克莱伯定律。生命个体需要寻找适当的分配能量的方式,克莱伯定律就是这些生命个体发展过程中共同“遵守”的一条规律。

几年前,理论物理学家杰弗里·韦斯特(Geoffrey West)决定考察克莱伯发现的这条定律是否适用于人类最伟大的创造之一,即人类修建的超级有机体城市。城市的发展会不会引起其“生命的新陈代谢率”降低?大都市的“生命系统”里是否存在一些发展规律?杰弗里·韦斯特在一家颇具传奇色彩的研究所担任总负责人,这家研究所就是后来著名的圣塔菲研究所(Santa Fe Institute)。韦斯特召集了一些来自不同国家的研究人员和咨询人员,共同组建了一个团队,在世界各地的城市里收集数据,了解各种相关信息,包括犯罪率、家庭用电量情况、新发明的数量、汽油的消耗情况等。

最后,当韦斯特的团队在对所获数据进行分析时,发现克莱伯定律也适用于城市的能源和交通增长。这个发现证实了韦斯特之前的猜测,令他露出欣慰的笑容。能量在生物体体内消耗的速度遵照一定的规律,这条规律也同样支配城市“生命系统”内的各个部件,比如,加油站的数量、汽油消耗情况、公路的宽窄、电缆的长度等。从能量消耗的情况来看,如果把大象比作一只“放大”的老鼠,那么城市就是一头“放大”的大象。

在韦斯特团队的研究结果中,有一些数据并不遵照克莱伯定律,这一点最令人震惊。在他们取得的海量城市调查数据库中,还发现了另一条能量消耗的规律。根据这个团队取得的数据,各种与创造性相关的活动,包括专利发明、研发预算、“高创新性”的职业、发明创造等,都遵循另一条幂指数定律。唯一的不同之处在于,创新能力的幂指数大于1。如果一座城市比另一座大 9 倍,那么这座城市的创意能量则不是高出9 倍,而是要高出 16 倍;而如果一座国际大都市的规模是一个小镇的 50 倍时,它的创意能量则约是小镇的130 倍。

克莱伯定律表明,当生命体的体积增大时,它的代谢率会降低。但根据韦斯特的新发现,人造城市的发展与生命体的生长模式之间有一个重大的不同之处。当城市的规模增大时,城市内会快速地诞生更多新的创意。这种现象被称为“超线性标度”(superlinear scaling)。根据超线性标度,如果城市的规模大小与其所具备的创造力能量呈直线增长比例关系,那么在更大的城市中,则更容易找到更多的专利和发明,但每个城市里的人均专利与发明数量则是大体相等的。韦斯特发现的这一规律较克莱伯的新发现更加引人深思:尽管在大都市里,噪音不断,人群拥挤,令人分心的干扰无数,然而如果这里居住着 500 万人,这个城市的创造力则是一个人口数量为 10 万人的小镇的 3 倍。

简·雅各布斯(Jane Jacobs)在韦斯特发现这条定律的 50 年前,就曾在书中写道:“大城市并非只是一个放大版的小镇。”韦斯特的幂指数定律给这种说法提供了新的数学依据。人们开始思考这样一个问题,大城市的环境中独具了一种什么特点,使它可以让其中的居民比小镇居民创造出更多的新事物呢?

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