Джеффри Вест: Удивительная математика городов и корпораций

Физик Джеффри Вест обнаружил, что характеристики городов подчиняются простым математическим законам — богатство, преступность, скорость ходьбы и многие другие аспекты города могут быть вычислены с помощью одного числа: численности населения города. В этом ошеломляющем выступлении на TEDGlobal он показывает, как так получается и как похожие законы работают для организмов и корпораций.

TED from Voice Fabric on Yandex.Video

Города — колыбель цивилизации. В последние 200 лет города и урбанизация расширялись экспоненциальным образом, так что ко второй половине этого века планета будет полностью покорена городами. Города являются причиной глобального потепления, влияют на окружающую среду, здоровье, загрязнение, болезни, финансы, экономику, энергию — с этими проблемами приходится сталкиваться при наличии городов. Оттуда начинаются все эти проблемы. Говоря об устойчивости, цунами проблем, которые перед нами стоят, на самом деле отражает экспоненциальный рост урбанизации на планете.

Вот некоторые цифры. 200 лет назад, США были урбанизированы всего на несколько процентов. Теперь — более 82 процентов. Планета пересекла половинную отметку несколько лет назад. В ближайшие 20 лет Китай построит 300 новых городов. Вслушайтесь в это: Каждую неделю в обозримом будущем, до 2050-го, каждую неделю более миллиона людей переезжают в города. Это повлияет на всё. Каждый в этой комнате, если доживёт, будет затронут тем, что происходит в городах в рамках этого необычного явления. Однако, города, несмотря на наличие этого негативного момента, также являются решением. Города — пылесосы и магниты, которые притянули творческих людей, создавая идеи, инновации, богатство, и так далее. Итак, перед нами двуликость. А также острая необходимость в научной теории городов.

Вот мои братья по оружию. Эта работа была проделана выдающейся группой людей, они сделали всю работу, а я всего лишь трепло, которое пытается связать всё это вместе.

(Смех)

Итак, проблема: Это то, что мы все хотим. К 2050-му году 10 миллиардов людей на планете захотят жить вот в таких местах, иметь вот такие вещи, заниматься вот такими делами, с экономикой, растущей вот так, не понимая, что энтропия производит вот такие, такие, такие, и вот такие вещи. Вот в чём вопрос: Вот так будут выглядеть Эдинбург, Лондон и Нью-Йорк в 2050-м, или вот так? В этом и есть вопрос. Я должен сказать, многое указывает на то, что выглядеть они будут вот так, но давайте об этом поговорим.

Моё провокационное утверждение в том, что мы отчаянно нуждаемся в серьёзной научной теории городов. Научная теория означает измеримая — полагающаяся на общие принципы, которые могут сформировать предсказательную основу. В этом и состоит загадка. Возможно ли это? Есть ли универсальные законы? Два вопроса, которые меня волнуют, когда я думаю об этой проблеме. Первый: Относятся ли города к биосфере? Можно ли считать Лондон большим китом? Эдинбург — лошадью? Microsoft — большим муравейником? Чему это может нас научить? Мы говорим метафорически — ДНК компании, метаболизм города, и так далее — это ерунда, метафорическая чушь, или в это есть что-то серьёзное? А если это так, то почему так сложно умертвить город? Можно сбросить на город атомную бомбу, и 30 лет спустя он живёт. Очень немногие города погибают. Все компании разваливаются, абсолютно все. И если ваша теория серьёзна, то вы должны уметь предсказать, когда Google прекратит своё существование.

Или же это просто ещё одна версия вот этого? Мы это хорошо понимаем. Задайте любой общий вопрос на эту тему — сколько деревьев заданного размера, как много ветвей заданного размера на дереве, как много листьев, какова энергия, проходящая сквозь каждую ветвь, каков размер кроны, какова скорость роста, какова смертность? У нас есть математический аппарат, основанный на общих универсальных принципах, который может ответить на эти вопросы. А можем ли мы применить его здесь? Путь к пониманию одной из самых необычных истин о жизни лежит через понимание того, что она масштабируется, что она работает в огромном диапазоне. Это всего лишь его малая часть, всего лишь мы, млекопитающие, мы одни из них. Те же принципы, та же динамика, та же организация присутствуют у всех из них, включая нас, и масштабируется в размере в пределах 100 миллионов. Это одна из причин, почему жизнь столь прочна и сильна — масштабируемость. Сейчас мы обсудим это подробнее.

На местном уровне, вы масштабируетесь, любой в этой комнате масштабирован. Это называется ростом. Вот, как вы растёте. Крыса, это крыса — могли бы быть вы. Мы все практически одинаковы. Вам это очень знакомо. Вы очень быстро растёте и затем прекращаете. Вот эта линия предсказана той же теорией, основана на тех же принципах, которые описывают лес. Это описывает рост крысы. Точки на графике соответствуют данным. Вес и соответствующий ему возраст. Можно заметить, рост прекращается. Очень, очень хорошая вещь в биологии — также одна из причин отличной прочности. Очень, очень плохая вещь в экономике, компаниях и городах в нашем текущем понимании. Вот, во что мы верим. Это то, что вся наша экономика навязывает нам, проиллюстрировано в левом углу: хоккейные клюшки. Это группа информационных компаний — их выручка и их возраст — всё увеличивающееся, все зарабатывают миллионы и миллиарды долларов.

Итак, как же нам в этом разобраться? Давайте сначала обсудим биологию. Здесь явно показано, как работает масштаб. Это удивительный график. Здесь нарисована скорость обмена веществ — сколько энергии нужно, чтобы прожить день — и вес, масса, для целой группы организмов. Это представлено в масштабе, увеличивающемся степенями десяти, иначе на график всё не поместить. Такое хитрое отображение позволяет увидеть, что всё лежит на одной прямой. Несмотря на тот факт, что это наиболее сложная и разнообразная система во вселенной, это показывает необычайную простоту. Наиболее удивительно то, что каждый из этих организмов, каждая подсистема, каждая клетка, каждый ген эволюционировали в своей собственной природной нише, со своей особенной историей. И всё же, несмотря на всю эту Дарвиновскую эволюцию и естественный отбор, они вынуждены помещаться на прямой.

В этом что-то есть. Прежде чем рассказать об этом, посмотрите вниз, вот сюда, где я написал наклон этой линии, наклон этой прямой. Это примерно три четверти, меньше единицы — мы называем это сублинейный. Вот интересный факт об этом. Если бы он был линейным, более крутая линия, то удвоение размера потребовало бы удвоения количества энергии. Однако он сублинейный, и, как следствие, для удвоения размера организма нужно всего лишь на 75 процентов больше энергии. Замечательным фактом из биологии является выражение ею невероятного положительного эффекта масштаба. Чем больше вы систематически, согласно очень чётко определённым правил, тем меньше энергии «на единицу». Любая физиологическая переменная, о которой можно подумать, любое событие из жизненного цикла, нарисованное подобным образом, выглядит вот так. Это невероятная закономерность. Если вы мне скажете размер млекопитающего, я могу с уверенностью в 90% рассказать всё о нём, его физиологию, жизненный цикл, и так далее.

Причиной этого являются сети. Вся жизнь контролируется сетями — начиная с межклеточной, далее мультиклеточной, и до уровня экосистемы. Вам хорошо знакомы эти сети. Этот небольшой организм живёт внутри слона. Здесь резюме того, о чём я говорю. В этих сетях, в самой идее сетей, из применения универсальных принципов, математических, универсальных принципов, следуют все эти масштабирования и ограничения, включая описание леса, описание клеточной системы, описание внутриклеточных систем. Одним из фактов, которые я не подчёркнул в этом введении, является то, что систематически, ритм жизни замедляется с увеличением размера. Сердечный ритм медленнее, продолжительность жизни выше, распространение кислорода и ресурсов сквозь мембраны медленнее, и так далее.

Вопрос в том, так ли это для городов и компаний? Является ли Лондон увеличенным Бирмингемом, который является увеличенным Брайтоном, и так далее? Является ли Нью-Йорк увеличенным Сан-Франциско, который является увеличенным Санте-Фе? Неизвестно. Мы это обсудим. Но они являются сетями. Наиболее важной сетью городов являетесь вы. Города всего лишь физическое воплощение ваших взаимодействий, наших взаимодействий, а также кластеризации и группировки индивидуумов. Вот здесь это изображено символически. А вот здесь масштабирование городов. В этом очень простом примере, который по случаю весьма приземлённый пример количества заправок в зависимости от размера — изображённый таким же образом, как и пример из биологии — виден точно такой же факт.

Масштабирование. Количество заправок в городе можно определить по его размеру. Наклон этой линии менее чем линейный. Это и есть положительный эффект масштаба. Неудивительно, что чем больше размер, тем меньше заправок «на единицу». А вот что удивительно. Оно везде масштабируется одинаково. Это европейские страны, но если взять Японию или Китай или Колумбию, всё то же самое, с тем же положительным эффектом масштаба в такой же степени. Посмотрите на любую инфраструктуру — длина дорог, длина линий электропередачи — на что ни посмотри, везде тот же положительный эффект масштаба, работающий тем же образом. Это интегрированная система, которая эволюционировала, несмотря на всё планирование. Ещё более удивительно, если посмотреть на социоэкономические величины, величины, не имеющие аналогов в биологии, те, которые эволюционировали, когда мы начали формировать сообщества от 8 до 10 тысяч лет назад. Сверху — зависимость зарплат рабочих от размера, представленная тем же образом. Внизу собственно вы — занятость супертворческих, образованных сотрудников, представленная таким же образом Можно заметить явление масштабирования. Однако наиболее важным является то, что экспонента, аналог тех трёх четвертей для скорости обмена веществ, больше единицы — она примерно от 1,15 до 1,2. Вот здесь говорится, что чем вы больше, тем больше имеете «на единицу», в отличие от биологии — выше зарплаты, больше творческих людей на душу населения при увеличении размера, больше патентов, выше преступность.

Мы рассмотрели всё: СПИД, грипп, и так далее. Вот они, изображённые вместе. Вот что мы нарисовали, вот доход, ВНП — ВНП города — преступность и патенты, всё на одном графике. Можно заметить, все они лежат на одной прямой. Факт: При увеличении размера города со ста до двухсот тысяч, с миллиона до двух, с 10 до 20 миллионов, не важно, систематически получаются 15-ти процентное увеличение зарплат, богатства, количество случаев СПИДа, количество полиции, всего, о чем можно подумать. Увеличивается на 15 процентов. И 15 процентов экономится на инфраструктуре. Вне сомнения, это и есть причина, по которой миллион людей в неделю переезжает в города. Их привлекают все эти замечательные вещи, творческие люди, богатство, доход, вот что их привлекает, и они забывают о плохом и ужасном.

В чем причина? У меня нет времени рассказывать всю математику, но в основе лежат социальные сети, потому что это универсальное явление. Это правило 15-ти процентов работает вне зависимости от местонахождения на планете — Япония, Чили, Португалия, Шотландия — не важно. Всегда, все данные показывают, что они одинаковы, несмотря на то, что эти города развивались независимо. Здесь есть что-то универсальное. Универсальность, повторю, это мы — мы и есть город. Это наши взаимодействия и кластеризация этих взаимодействий. Итак, я повторил это снова. Если эти сети и их математическая структура, в отличие от биологии, где было сублинейное масштабирование, положительный эффект масштаба, где было замедление скорости жизни, при увеличении размера. Если это социальные сети с суперлинейным масштабированием — больше «на единицу» — тогда теория утверждает, что скорость жизни увеличивается. Чем больше, тем быстрее жизнь. Слева показана частота сердцебиений, из биологии. Справа — скорость ходьбы в ряде европейских городов, демонстрирующая прирост.

В последнюю очередь, я хочу поговорить о росте. То, что было в биологии, просто повторю. Положительный эффект масштаба даёт начало этому сигмоидному поведению. Быстрый рост и затем остановка — часть устойчивости. Это было бы плохо для экономик и городов. В самом деле, один из удивительных фактов теории то, что при суперлинейном масштабировании, начиная с создания богатства и инноваций, из той же теории следует замечательная восходящая экспоненциальная кривая — красиво. На самом деле, если сравнить её с данными, она очень хорошо сходится с развитием городов и экономик. Но в ней есть ужасная ловушка. Ловушка в том, что эта система обречена на провал. Она обречена на провал по многим причинам — мальтузианского типа — потому что ресурсов перестанет хватать. Как же этого избежать? Мы уже это делали.

Мы делаем вот так, при росте и приближении к провалу, происходит революционное открытие и мы начинаем заново. И мы начинаем заново при приближении к следующему, и так далее. Существует этот непрерывный цикл изобретения, который необходим для поддержания роста и избегания провала. Однако и здесь есть ловушка — нужно изобретать всё быстрее и быстрее и быстрее. Картинка показывает, что не только мы на бегущей дорожке, которая ускоряется, но нам нужно менять бегущие дорожки всё быстрее и быстрее. Нам нужно ускоряться на постоянной основе. Вот в чём вопрос: Можем ли мы, как социоэкономические создания, избежать сердечного приступа?

Напоследок, я хочу завершить последнюю пару минут, вопрошая о компаниях. Посмотрите на компании, они масштабируются. На самом деле, верхняя справа — Walmart. Это тот же график. Это доход и активы, по отношению к размеру компании, выраженном количеством сотрудников. Можно использовать выручку, всё что угодно. Итак, вот оно: после небольших колебаний в начале, когда компании изобретают, они великолепно масштабируются. Я должен сказать, мы просмотрели 23 тысячи компаний в США. И я показываю вам лишь небольшую часть.

Поразительным фактом о компаниях является их сублинейное масштабирование, как в биологии, показывая, что они управляются не суперлинейными изобретениями и идеями, они управляются положительным эффектом масштаба. В этой трактовке, это бюрократия и администрация, и я должен сказать, они отлично с этим справляются. Итак, если вы мне скажете размер компании, какой-то небольшой компании, я смог бы предсказать размер Walmart. Если он подчиняется сублинейному масштабированию, теория утверждает, что должен быть сигмоидный рост. Вот Walmart. Не похоже на сигмоидный. Это то, что нам нравится, хоккейные клюшки. Но если заметить, я смухлевал, потому что я дошёл только до 94-го. Давайте продолжим до 2008-го. Красная линия — теоретическая. Если бы я сделал это в 1994-м, я смог бы предсказать, чем Walmart был бы сейчас. Это повторяется на всём спектре компаний. Вот они. 23 тысячи компаний. Они все начинают, выглядя как хоккейные клюшки, они все сгибаются, и они все умирают, как вы и я.

Спасибо.

TED.com
Перевод: Aliaksandr Autayeu
Озвучено: Центр речевых технологий