Geoffrey West: Byers og selskabers overraskende matematik

Byer er civilisationens smeltedigel. De er vokset, urbaniseringen er vokset, eksponentielt de sidste 200 år så i 2. halvdel af dette århundrede, vil planeten være helt domineret af byer. Byer er roden til global opvarmning, påvirkning af miljøet, helbred, forurening, sygdom, finans, økonomier, energi - det er altsammen problemer man får ved at have byer. Det er der alle disse problemer kommer fra. Og den tsunami af problemer vi føler vi har med hensyn til bæredygtighed afspejler faktisk den eksponentielle vækst i urbanisering over hele kloden.

Her er nogle tal. For to hundrede år siden var USA mindre end få procent urbaniseret. Nu er det mere end 82 procent. Kloden passerede halvvejs for få år siden. Kina bygger 300 nye byer i løbet af de næste 20 år. Hør lige på dette: Hver uge i overskuelig fremtid indtil 2050 vil en million mennesker hver uge føjes til vores byer. Det vil påvirke alting. Alle i dette lokale som lever til den tid vil påvirkes af det som sker i byer i dette ekstraordinære fænomen. Men byerne, selvom de har dette negative aspekt, er også løsningen. For byerne er støvsugerne og magneterne som har suget kreative mennesker til sig, som skaber ideer, innovation, velstand og så videre. Så vi har denne dobbelte natur. Og der er et akut behov for en videnskabelig teori om byer.

Disse er mine våbenbrødre. Dette arbejde er blevet udført af en usædvanlig gruppe mennesker, og de har gjort alt arbejdet, mens jeg er det store vrøvlehovede som prøver at holde sammen på det hele.

(Latter)

Så her er problemet: Dette er hvad vi ønsker. De 10 milliarder mennesker på jorden i 2050 ønsker at bo på steder som dette, at have ting som disse, gøre ting som dette, med økonomier som vokser sådan, uden at indse at entropi producerer ting som dette, dette, dette, og dette. Og spørgsmålet er: Er det sådan Edinburgh, London og New York ser ud i 2050, eller ser det sådan ud? Det er spørgsmålet. Jeg må sige at mange indikatorer ser ud til at det er sådan det bliver, men lad os diskutere det.

Mit provokative udsagn er at vi har et desperat behov for en videnskabelig teori om byer. Og videnskabelig teori betyder kvantificerbar, baseret på generelle principper som kan bruges til forudsigelser. Det er målet. Er det tænkeligt? Er der nogle universelle love? Her er to spørgsmål jeg har i baghovedet når jeg tænker over dette problem. Det første er: Er byer en del af biologien? Er London som en kæmpestor hval? Er Edinburgh en hest? Er Microsoft en stor myretue? Hvad lærer vi af dette? Vi bruger metaforer - En virksomheds DNA, en bys stofskifte og så videre - er det bare nonsens, metaforisk nonsens, eller er der et seriøst indhold i det? Og hvis det er tilfældet, hvorfor er det så svært at dræbe en by? Man kan smide en atombombe på en by, og den lever stadig 30 år senere. Meget få byer mislykkes. Alle virksomheder dør - alle virksomheder. Og hvis du har en seriøs teori, må du kunne forudsige hvornår Google vil gå fallit.

Så er dette bare en anden version af dette? Vi forstår dette her meget godt. Det vil sige, du kan spørge om alting - hvor mange træer af en given størrelse, hvor mange grene af given størrelse har et træ, hvor mange blade, hvad er energistrømmen gennem hver gren, hvad er størrelsen af kronen, hvad er dets vækst, hvad er dets dødelighed? Vi har et matematisk system baseret på generiske universelle principper som kan besvare disse spørgsmål. Og tanken er, kan vi gøre det samme for dette? Vejen frem er at erkende at en af de mest usædvanlige ting ved livet er at det skalerer, det virker på mange størrelsesordener. Her er bare en lille del af spændvidden: Det er os pattedyr. Vi er en af dem. De samme principper, den samme dynamik, og den samme organisation virker i alle disse, inklusive os selv, og det kan skalere op til en faktor 100 millioner. Og det er en af grundene til at liv er så stærkt og robust - skalerbarhed. Vi skal diskutere det lidt mere.

Som I ved, på lokalt niveau skalerer du; allesammen i dette rum er skaleret. Det kaldes vækst. Her er hvordan du vokser. Rotte - det er en rotte - det kunne have været dig. Vi er alle stort set det samme. Og du ser, du ved det godt. Du vokser hurtigt og så stopper du. Den kurve der er en forudsigelse fra den samme teori, baseret på samme principper, som beskriver skoven. Her er det for en rottes vækst, og punkterne der er datapunkter. Det er vægt plottet mod alder. Og man ser at den stopper at vokse. Meget, meget godt for biologi - også en årsag til modstandsdygtigheden. Meget meget dårligt for økonomier og virksomheder og byer i vores nuværende paradigme. Dette er noget vi tror. Dette er hvad hele vores økonomi bombarderer os med, godt illustreret i nederste venstre hjørne: hockey-stave. Det er nogle software virksomheder - og viser deres indtægt som funktion af alder - alle suser afsted, og tjener millioner og milliarder dollars.

Okay, så hvordan kan vi forstå dette? Lad os først snakke om biologi. Dette viser eksplicit hvordan ting skalerer, og det er en virkelig interessant graf. Det som plottes her er stofskiftet - hvor meget energi per dag man behøver - i forhold til ens vægt, for alle organismer. Det plottes på en sjov måde, hvor man går op i faktorer af 10, for at få plads til alt i en graf. Og når man plotter det på denne lidt mærkelige måde ser man at alle ligger på samme linie. Selvom dette er det mest komplekse system i universet, er der er utrolig enkelthed som kommer til udtryk her. Det er specielt forbløffende fordi hver af disse organismer, hvert undersystem, hver celletype, hvert gen, har udviklet sig i sin egne unikke niche med en egen unik historie. Og på trods af al denne Darwinske evolution og naturlige udvælgelse, er de begrænset til at ligge på en linie.

Noget andet er på færde. Før jeg snakker om det, har jeg skrevet nederst hældningen på kurven, den rette linie, den er circa tre fjerdedele, som er mindre end 1 - og vi kalder det sublineært. Og her er meningen med det. Det betyder at hvis det var lineært - den stejleste hældning - så ville en fordobling af størrelse kræve dobbelt så meget energi. Men det er sublineært, og det betyder at hvis du fordobler størrelsen på organismen, behøver den kun 75% mere energi. Så en vidunderlig ting ved alt biologisk er at det viser en usædvanlig stordriftsfordel. Jo større du er, ifølge veldefinerede regler, jo mindre energi per enhed. Enhver fysiologisk parameter man tænker sig, og begivenhed i livet man kan tænke sig, hvis det plottes sådan, ser det sådan ud. Der er en utrolig regularitet. Du kan sige størrelsen på et pattedyr, og jeg kan fortælle alt om det på 90%-niveau om dets fysiologi, dets livshistorie, osv.

Og grunden til dette er netværk. Alt levende er kontrolleret af netværk - fra det intracellulære, over til det multicellulære og op til økosystemniveau. Og disse netværk kender I. Dette er en lille ting som lever indeni en elefant. Her er et resume af det jeg står og siger. Hvis du tager disse netværk, dette netværksbegreb, og du bruger universelle principper, matematiserbare, universelle principper, så vil alle disse skaleringer, og alle disse lovmæssigheder følge, inklusiv beskrivelsen af en skov, beskrivelsen af dit kredsløb, beskrivelsen indeni celler. En af de ting jeg ikke sagde i introduktionen var at hastigheden på liv aftager når man bliver større. Hjerteslag bliver langsommere, man lever længere, diffusion af ilt og ressourcer gennem membraner bliver langsommere, osv.

Spørgsmålet er: Gælder noget af dette for byer og virksomheder? Altså er London en opskaleret Birmingham, som er en opskaleret Brighton, osv.? Er New York en opskaleret San Francisco, som er en opskaleret Santa Fe? Jeg ved ikke. Vi vil diskutere det. Men de er netværk, og det vigtigste netværk i byer er dig. Byer er den fysiske manifestation af dine interaktioner, vores interaktioner, og grupperingen af individer. Dette er bare et symbolsk billede af det. Her er byers skalering. Det viser at i dette simple eksempel, som er et dagligdags eksempel på antal benzintanke som funktion af størrelse - plottet på samme måde som det biologiske - ser man præcis det samme.

Der er skalering. Dvs. at antal benzintanke i byen får du hvis du opgiver dens størrelse. Hældningen er mindre end lineær. Der er stordriftsfordele. Færre benzintanke per indbygger jo større man er - ikke overraskende. Men her det overraskende. Det skalerer på samme måde overalt. Dette er bare europæiske lande, men du kan gøre det i Japan eller Kina eller Columbia, altid det samme med samme stordriftsfordele i samme grad. Og enhver infrastruktur vi ser på - om det er vejlængder, længder på elkraftlinier - hvad som helst vi ser på har samme stordriftsfordele som skalerer på samme måde. Det er et integreret system som har udviklet sig uafhængigt af al planlægning osv. Men endnu mere overraskende er hvis du ser på socioøkonomiske størrelser, størrelser som ikke har analogier i biologi, som udviklede sig da vi begyndte at lave samfund for 8 - 10.000 år siden. Øverst er løn som funktion af størrelse plottet på samme måde. Og nederst er jer - superkreative folk plottet på samme måde. Og det I ser er et skaleringsfænomen. Men det vigtigste i dette her, eksponenten, svarende til de tre fjerdedele for stofskiftets hastighed, er større end 1 - den er mellem 1,15 og 1,2. Her er det, som viser at jo større man er jo mere har man per indbygger, i modsætning til biologi - højere løn, flere superkreative folk per indbygger jo større man er, flere patenter per indbygger, mere kriminalitet.

Og vi har set på alt: Flere AIDS tilfælde, influenza, osv. Og her er de allesammen plottet sammen. Bare for at vise hvad vi har plottet, her er indkomst, BNI - byens BNI - kriminalitet og patenter alt på en graf. Og man ser, de ligger alle på samme linie. Og her er påstanden. Hvis du fordobler byens størrelse fra 100.000 til 200.000, fra en million til to millioner, 10 til 20 millioner, det er ligegyldigt, får du systematisk en 15 procent forøgelse i lønninger, rigdom, antal AIDS tilfælde, antal politifolk, alt du kan komme i tanke om. Det stiger med 15 %, og du har en 15 % besparelse på infrastruktur. Dette er uden tvivl grunden til at en million mennesker om ugen samles i byer. For de tænker at alle disse vidunderlige ting - som kreative folk, rigdom, indkomst - er det som tiltrækker, og glemmer det grimme og det dårlige.

Hvad er grunden til det? Jeg har ikke tid til at fortælle om alt matematikken, men det underliggende er de sociale netværk, fordi dette er et universelt fænomen. Denne 15 % regel gælder uanset hvor du er på planeten - Japan, Chile, Portugal, Skotland, det er ligemeget, Alle data viser altid det samme, selvom disse byer har udviklet sig uafhængigt af hinanden. Noget universelt foregår. Denne universalitet, for at sige det igen, er os - at vi er byen. Og det er vores interaktioner og deres klyngedannelse. Så der er det, jeg har sagt det igen. Så hvis det er disse netværk og deres matematiske struktur, i modsætning til biologi, som havde sublineær skalering, stordriftsfordele, og langsommere takt på livet når man bliver større, Hvis det er sociale netværk med superlineær skalering - mere per indbygger - så siger teorien at man øger farten på livets gang. Jo større man er, jo hurtigere går livet. Til venstre er hjerterytmen og viser det biologiske. Til højre er ganghastigheden i en række europæiske byer, som viser en forøgelse.

Tilsidst vil jeg snakke om vækst. Her er det vi havde i biologi, for at repetere. Stordriftsfordele gav ophav til denne sigmoide opførsel. Du vokser hurtigt og stopper så - en del af vores modstandsdygtighed. Det ville være dårligt for økonomier og byer. Og faktisk er en af de dejlige ting ved teorien at hvis man har superlineær skalering fra dannelse af velstand og innovation, så får man, ifølge samme teori, en smuk stigende eksponential kurve - dejligt. Og faktisk, hvis man sammenligner med data, passer det meget godt med udviklingen af byer og økonomier. Men det har en frygtelig bagside, og bagsiden er at systemet er dømt til at kollapse. Og det er dømt til kollaps af mange årsager - en slags Mathusianske årsager - at du løber tør for ressourcer. Og hvordan undgår man det? Jo, vi har gjort det før.

Det vi gør, når vi vokser og nærmer os kollaps, er at en større innovation forekommer og vi starter forfra, og vi starter forfra igen når vi nærmer os den næste, osv. Så der er denne fortsatte cyklus af innovation som er nødvendig for at opretholde vækst og undgå kollaps. Men bagsiden ved dette er at man må innovere hurtigere og hurtigere. Så billedet er at vi ikke bare er på en trædemølle som går hurtigere, men at vi må forandre trædemøllen hurtigere og hurtigere. Vi må accelerere fortløbende. Og spørgsmålet er: Kan vi som socioøkonomiske væsener, undgå et hjertestop?

Så tilsidst vil jeg afslutte i de sidste par minutter med at undersøge virksomheder. Se på virksomheder, de skalerer. Den øverste til højre er Walmart. Det er det samme plot. Det er indkomst og kapital mod virksomhedens størrelse givet ved antal ansatte. Vi kunne have brugt omsætning eller hvad man vil. Der er det: Efter nogle fluktuationer i begyndelsen, hvor virksomheder innoverer, så skalerer de smukt. Og vi har set på 23.000 virksomheder i USA. Og jeg viser jer kun en lille bid af dette.

Det forbavsende med virksomheder er at de skalerer sublineært som biologi, hvilket indikerer at de er domineret - ikke af superlineær innovation og ideer - de bliver domineret af stordriftsfordele. I denne fortolkning, af bureaukrati og administration, og de gør det smukt, synes jeg. Så hvis du siger hvor stor virksomheden er, en eller anden mindre virksomhed, kunne jeg have forudsagt størrelsen på Walmart. Hvis den har denne sublineære skalering, så siger teorien at vi burde have sigmoid vækst. Der er Walmart. Det ser ikke ret sigmoidt ud. Det er det vi kan lide: hockeystave. Men som du bemærker har jeg snydt, for jeg går kun op til 1994. Lad os gå op til 2008. Den røde linie er fra teorien. Så hvis jeg havde gjort dette er 1994, kunne jeg have forudsagt hvad Walmart ville være nu. Og så gentages det over hele spektrummet af virksomheder. Der er de. Det er 23.000 virksomheder. De starter alle med at ligne hockeystave, de bøjer alle af, og de dør allesammen som du og jeg.

Tak.

(Applaus)