Geoffrey West: Die wundersame Mathematik von Städten und Unternehmen.

Städte sind die Schmelztiegel der Zivilisation. Sie haben sich ausgebreitet, die Urbanisierung breitet sich aus mit einer exponentiell Rate in den letzten 200 Jahren, so dass in der zweiten Hälfte dieses Jahrhunderts die Erde komplett von Städten dominiert sein wird. Städte sind der Ursprung von globaler Erwärmung, Belastungen der Umwelt, Gesundheit, Verschmutzung, Seuchen. Finanzen, Wirtschaft, Energie sind alles Probleme mit denen wir konfrontiert sind, weil wir Städte haben. Von dort kommen all diese Probleme. Diese Flutwelle von Problemen, denen wir gegenüberstehen, in Bezug auf Nachhaltigkeitfragen, sind ein Spiegelbild dieses exponentiellen Wachstums der weltweiten Verstädterung.

Hier einige Zahlen. Vor 200 Jahre waren die USA zu weniger als ein paar Prozenten städtisch. Jetzt sind es mehr als 82 Prozent. Die Erde hat vor wenigen Jahren die 50-Prozent überschritten. China wird 300 neue Städte bauen in den nächsten 20 Jahren. Beachten sie folgenden: Jede Woche - für die nähere Zukunft bis 2050 - jede Woche werden mehr als eine Million Leute in die Städte ziehen. Das wird alles beeinflussen. Jeder in diesem Raum, falls er solange lebt, wird betroffen sein, von dem, was in den Städten passiert, von diesem aussergewöhnlichem Phänomen. Wie auch immer, Städte, abgesehen von ihren negativen Effekten, sind aber auch deren Lösung. Denn Städte wirken wie Staubsauger oder Magnete, welche kreative Leute anziehen, Ideen produzieren, Erfindungen, Wohlstand und so weiter. Wir haben also eine zweischneidige Situation. Deshalb haben wir einen zwingenden Bedarf an einer wissenschaftlichen

Theorie zu Städten. Dies hier sind meine Mitstreiter. Diese Arbeit wurde durch eine ausserordentliche Gruppe vollbracht. Die haben all die Arbeit getan, und ich bin der grosse Dummschwätzer, der versucht alles zusammen zu setzen.

(Gelächter)

Hier die Problemstellung: Das ist was wir alle wollen. Die 10 Milliarden Leute auf dem Planeten in 2050 wollen an Orten wie diesem, solche Dinge besitzen, Sachen tun wie dies, mit einer Wirtschaft, die so wächst, ohne zu realisieren, das Entropie Dinge produziert wie das, das und das. Die Frage ist nun: Wird Edinburgh und London und New York in 2050 so aussehen? Oder eher so? Das ist die Frage. Ich muss sagen, viele Indikatoren lassen vermuten, dass es so ausschauen wird. Aber lassen sie uns darüber reden.

Meine provokative Äusserung ist, dass wir dringend eine ernsthafte, wissenschaftliche Theorie zu Städten brauchen. Wissenschaftliche Theorie bedeutet quantifizierbar, abgestützt auf allgemeinen Prinzipien, damit wir Prognosen ableiten können. Das ist die Aufgabe. Ist das vorstellbar? Gibt es universelle Gesetze? Hier nun zwei Fragen, welche ich im Hinterkopf habe um darüber nachzudenken. Die erste lautet: Sind Städte so eine Art Teil der Biologie? Ist London ein grosser Wal? Ist Edinburgh ein Pferd? Ist Microsoft ein grosser Ameisenhügel? Was können wir daraus lernen? Wir nutzen - bildlich gesprochen - die DNA einer Firma den Metabolismus einer Stadt, und so fort. Ist das einfach Mumpitz, bildlicher Mumpitz, oder eine zentrale Teil davon? Und wenn es so ist, wie kommt es, dass es schwer ist, Städte zu töten. Sie können eine Atombombe auf eine Stadt werfen, 30 Jahre später lebt sie wieder. Sehr wenig Städte fallen. Alle Firmen sterben, alle Unternehmen. Wenn sie eine seriöse Theorie haben, sollten sie vorhersagen können, wann Google eingehen wird.

Ist dies hier nur eine Variante von dem hier? Das verstehen wir ziemlich gut. Dass heisst, sie können allgemeine Fragen dazu stellen: Wie viele Bäume einer gegebenen Grösse, wie viele Äste einer gegebenen Grösse hat ein Baum, wie viele Blätter, welche Energie fliesst durch einzelne Äste, wie gross ist das Laubdach, wie ist das Wachstum, wie die Sterblichkeit? Wir haben ein mathematisches System, basierend auf allgemeinen, universellen Prinzipien, welches diese Fragen beantworten können. Die Idee ist nun, können wir das auch für dies hier? Der Zugang dazu liegt in einem der aussergewöhnlichsten Dinge über das Leben: das es skalierbar ist. Es funktioniert über einen ungeheuer grossen Bereich. Dies ist nur ein winziger Bereich. Das sind wir, Säugetiere, wir sind eines davon. Die gleichen Prinzipien, die gleichen Vorgänge, die gleichen Organisationsstrukturen in allen davon, inklusive uns. Und es ist skalierbar über einen Grössenbereich von 100 Millionen. Das ist einer der Hauptgründe, dass das Leben so belastbar und robust ist: Skalierbarkeit. Wir werden das

später nochmals diskutieren. Aber sie wissen, auf lokaler Eben, jeder hier ist skaliert. Wir nennen es Wachstum. So wachsen sie. Ratten, das ist für Ratten, es könnten auch sie sein. Wir sind uns alle ziemlich ähnlich. Sie sehen, das sieht vertraut aus. Sie wachsen anfangs sehr schnell und hören dann auf. Und diese Linie ist eine Vorhersage der gleichen Theorie, basierend auf den selben Prinzipien, die Wälder betrifft. Hier dargestellt für das Wachstum von Ratten. Und diese Punkte sind Messungen. Einfach Gewicht versus Alter. Sie sehen, das Wachstum stoppt. Sehr, sehr gut für die Biologie - einer der Gründe, für deren Belastbarkeit. Sehr, sehr schlecht für Wirtschaft und Firmen und Städte in unserem aktuellen Paradigma. Wir glauben an das hier. Wir meinen unsere ganze Wirtschaft verhält sich so, gezeigt in der Ecke links: Hockeyschläger. Das ist eine Gruppe von Software-Firmen und ihre Einkünfte versus ihr Alter, alle schiessen in die Höhe und jeder macht Millionen und Milliarden von Dollars.

Also, wie verstehen wir das? Lassen sie uns zuerst über Biologie reden. Dies hier zeigt klar, wie Dinge skaliert sind. Das ist eine wahrhaft bemerkenswerte Grafik. Gezeigt wird die metabolische Rate - wie viel Energie sie pro Tag zum Überleben brauchen - gegenüber ihrem Gewicht, ihrer Masse, für uns alle, für alle Organismen. Es ist etwas seltsam aufgetragen, jeweils mit Faktor 10, ansonsten hätte nicht alles Platz im Bild. Was sie sehen, wenn sie es auf diese etwas seltsame Art machen, dass alles auf der selben Linie liegt. Abgesehen davon, dass dies das komplexeste und vielfältigste System des Universums ist, haben wir hier eine aussergewöhnliche Einfachheit, so dargestellt. Es ist äusserst erstaunlich, weil jeder dieser Organismen, jedes Untersystem, jeder Zelltyp, jedes Gen sich in seiner eigenen Nische entwickelt hat, welche einzigartig in der Geschichte ist. Und nun, trotz Darwins Evolution und natürlicher Selektion, sind sie genötigt auf einer Linie zu sein.

Etwas anderes geht hier vor. Bevor ich darüber spreche, hab ich hier unten die Steigung der Kurve, dieser Geraden notiert. Sie beträgt Drei-Viertel, ungefähr, was kleiner als Eins ist - wir nennen das sublinear. Hier die zentrale Aussage. Es sagt, dass wenn es linear wäre, mit der stärksten Steigung, eine Verdoppelung der Grösse würde eine Verdoppelung der Energie benötigen. Aber es ist sublinear, was bedeutet, dass eine doppelt so grosser Organismus tatsächlich nur 75 Prozent mehr Energie benötigt. Diese wundervolle Sache der Biologie beschreibt eine aussergewöhnliche Ökonomie der Skalierung. Je grösser sie sind - systematisch, nach klar definierten Regeln - desto weniger Energie pro Kopf brauchen sie. Jede physiologische Variable, die sie sich aussuchen, jeder historische Vorgang, an den sie denken, wenn sie ihn so darstellen, schaut so aus. Es ist eine aussergewöhnliche Regelmässigkeit. Sagen sie mir die Grösse eines Säugers, ich sage ihnen all seine 90 Prozent-Level in Bezug auf Physiologie, Leben, Geschichte und so weiter.

Der Grund dafür sind Netzwerke. Alles Leben wird von Netzwerken kontrolliert, von interzellulären über multizellulären hin zum Ökosystemlevel. Und sie sind vertraut mit diesen Netzwerken. Dies ist ein kleines Etwas, welches in Elefanten lebt. Und hier eine Zusammenfassung vom Gesagtem. Wenn sie diese Netzwerke nehmen, die Idee der Netzwerke, und sie universelle Prinzipien anwenden, mathematische, universelle Prinzipien - als diese Skalierbarkeit - und alle Einschränkungen befolgen, inklusive der Beschreibung des Waldes, die Beschreibung ihres Kreislaufes, die Beschreibung des Zellinneren. Eine der Sachen, die ich Anfangs nicht betont habe, war, dass die Rate des Lebens systematisch sinkt, je grösser sie sind. Der Herzschlag verringert sich, sie leben länger, Diffusion von Sauerstof und Nährstoffen durch die Membranen geschieht langsamer, etc.

Die Frage ist: Gilt das auch für Städte und Firmen? Ist London ein vergrössertes Birmingham, welches ein skaliertes Brighton ist, etc. etc.? Ist New York ein skaliertes San Francisco, welches ein grosses Santa Fe ist? Keine Ahnung. Wir werden das diskutieren. Aber da sind Netzwerke. Und das wichtigste Netzwerk der Städte sind sie. Städte sind nur die physikalische Manifestation Ihrer Interaktionen, unserer Interaktionen, und die Ballung und Gruppierung von Individuen. Hier ein bildhafte Darstellung davon. Hier nun die Skalierung der Städte. Es zeigt anhand dieses einfachen Beispiels - welches ganz alltäglich ist: Die Anzahl der Tankstellen als Funktion der Grösse - auf die gleiche Art gezeigt wie die Biologie - sie sehen den genau gleichen Zusammenhang.

Auch hier Skalierung. Die Anzahl der Tankstellen in Städten ist für sie berrechenbar, wenn sie mir die Grösse der Stadt angeben. Die Steigung ist sublinear. Es ist eine ökonomische Skalierung. Weniger Tankstellen pro Einwohner, je grösser sie ist - wenig überraschend. Was aber überraschend ist, die Skalierung ist überall gleich. Das sind nur Europäische Länder, aber das gleiche in Japan oder China oder Kolumbien. Überall das selbe, mit der selben Art der ökonomischen Skalierung, im selben Ausmass. Jede Infrastruktur, die sie betrachten, ob es nun die Länge der Strassen oder Stromleitungen ist, alles was sie betrachten hat die gleiche Ökonomie der Skalierung. Es ist ein ganzheitliches System, dass sich trotz allen Planungen so entwickelt hat. Aber noch überraschender ist die Betrachtung der sozio-ökonomischen Grössen, Grössen die kein Pendant in der Biologie haben, die sich entwickelten, als wir begannen Gesellschaften zu gründen, vor rund 8 bis 10tausend Jahren. Das obere ist der Lohn als Funktion der Grösse auf die selbe Art dargestellt. Der untere Teil sind sie - die Hochkreativen - auf die gleiche Art dargestellt. Was sie sehen ist ein Skalierungs-Phänomen. Das aller wichtigste ist aber, dass der Exponent, das Pendant zur Drei-Viertel-Rate beim Metabolismus, grösser als eins ist - so ungefähr 1.15 bis 1.2. Hier ist er. Es sagt aus, dass je grösser sie sind, desto mehr haben sie pro Kopf, anders als in der Biologie. Höhere Löhne, mehr hochkreative Leute pro Kopf, je grösser sie werden. Mehr Patente pro Einwohner,

mehr Kriminalität. Wir haben alles betrachtet, AIDS-Infizierungen, Grippe etc. Hier sind nun alle zusammen gezeichnet. Nur um zu sagen was wir dargestellt haben, hier das Einkommen, das BIP (GDP) - das BIP der Stadt - Kriminalität und Patente, alles in einer Grafik. Und sie erkennen, dass sie alle einer Linie folgen. Und hier die Kernaussage: Wenn sie die Bevölkerung einer Stadt von 100'000 auf 200'000 verdoppeln, von einer auf zwei Millionen, von 10 auf 20 Millionen, es hat keinen Einfluss. Die Systematik, die sie erhalten ist ein 15 Prozent Anstieg in Löhnen, Wohlstand, Anzahl AIDS-Erkrankungen, Anzahl Polizisten, alles, was denkbar ist, steigt um 15 Prozent. Und sie haben 15 Prozent Einsparungen bei der Infrastruktur. Das ist zweifellos der Grund warum Millionen Menschen jede Woche in Städte pilgern. Sie denken an all die wundervollen Dinge, wie kreative Menschen, Wohlstand, Einkommen. Das zieht sie an, all die schlechten und hässlichen Dinge vergessend.

Was ist der Grund dafür? Nun, ich habe nicht genügend Zeit für all die Mathematik, aber die Grundlagen sind die sozialen Netzwerke. Denn das ist ein universelles Phänomen. Die 15-Prozent-Regel ist korrekt, egal wo auf dem Planeten sie sind: Japan, Chile, Portugal, Schottland - es ist egal. Überall zeigen die Daten das selbe. Obwohl sich dies Städte unabhängig voneinander entwickelt haben, geschieht hier etwas universelles. Die Allgemeingültigkeit, um es zu wiederholen, sind wir - wir sind die Stadt. Unsere Zusammenspiel und die Gruppierung dieser Interaktionen. Hier gezeigt, wie schon erwähnt. Wenn diese Netzwerke und ihre mathematische Struktur, anders als die Biologie, welche sublinear skaliert, - Ökonomie der Skalierung, sie haben die Verzögerung des Tempos des Lebens, wenn sie grösser werden. In sozialen Netzwerken haben sie eine superlineare Skalierung - mehr pro Kopf. Dann sagt die Theorie, dass sie das Leben beschleunigen. Je grösser sie sind, desto schneller wird es. Links haben sie die Herzschlagraten der Biologie, rechts die Schrittgeschwindigkeit von zahlreichen europäischen Städten, die den Anstieg aufzeigen.

Zuletzt möchte ich über Wachstum sprechen. Das ist - nochmals erwähnt - was wir in der Biologie haben. Die Ökonomie der Skalierung ergibt eine S-förmiges Verhalten. Sie wachsen rasch und stoppen, Teil unser Wiederstandsfähigkeit. Das wäre schlecht für Wirtschaft und Städte. In der Tat, eine der wunderbaren Sachen dieser Theorie ist, dass wenn sie superlineares Wachstum haben bezüglich Wohlstand und Innovation, dann bekommen sie tatsächlich - von der selben Theorie - eine wunderschön exponentiell wachsende Kurve. Und tatsächlich, wenn sie mit Daten vergleichen, passt es sehr gut mit der Entwicklung von Städten und Wirtschaft. Es gibt aber einen grässlichen Haken. Der Haken besteht darin, dass dieses System zum Kollaps verurteilt sind. Sie sind aus zahlreichen Gründen zum Kollaps verdammt, ein Art Gesetz nach Malthus: Ihnen gehen die Rohstoffe aus. Wie kann man das vermeiden? Nun,

wir haben dies bereits getan. Wenn wir wachsen und uns dem Kollaps nähern, geschehen grundlegende Neuerungen, und wir starten wieder von vorne. Wir starten immer wieder, bis wir uns dem nächsten nähern. Das ist der stetige Zyklus der Innovation, welcher notwendig ist für das Wachstum und um und Zusammenbrüche zu meiden. Der Haken besteht darin, dass sie erneuern müssen, immer schneller und schneller. Bildlich gesprochen haben wir nicht nur eine Tretmühle, die immer schneller wird, wir müssen die Tretmühle auch immer schneller auswechseln. Wir müssen unaufhörlich beschleunigen. Die Frage ist daher: Können wir als sozio-ökonomische Wesen den Herzinfarkt vermeiden?

Zum Schluss - ich bin in ein zwei Minuten am Ende - noch zu den Firmen. Nun, Firmen skalieren. Die obere ist tatsächlich Walmart (Detailhandelskonzern). Die gleiche Grafik. Dies sind Einkommen und Gütern versus Firmengrösse, angegeben in Anzahl Angestellter. Wir könnten Verkäufe nehmen, was sie wollen. Nach einigen Fluktuationen am Anfang, sobald Firmen entwickeln, skalieren sie wunderbar. Wir haben 23'000 Firmen angeschaut, in den USA, muss ich erwähnen. Und ich zeige ihnen nur einen kleinen Teil davon.

Erstaunlich ist bei Firmen, dass sie sublinear skalieren, wie in der Biologie. aufzeigend, dass sie nicht dominiert sind von superlinearen Erfindungen und Ideen. Sie werden dominiert von der Ökonomie des Wachstums. Bei diese Interpretation, verursacht durch Bürokratie und Administration. Und das geschieht wunderschön, muss ich anfügen. Wenn sie mir nun die Grösse einer Firma sagen, ein kleine Firma, kann ich die Grösse von Walmart vorhersagen. Wenn es sublinear skaliert, sagt die Theorie, dass wir ein S-förmiges Wachstum haben. Hier ist Walmart, schaut aber nicht sehr S-förmig aus. Sieht eher aus wie ein Hockeyschläger. Aber sie haben bemerkt, dass ich gemogelt habe, da ich nur bis 1994 gegangen bin. Gehen wir nun bis 2008. Die rote Linie ist die Theorie. Wenn ich das nun 1994 gemacht hätte, hätte ich vorhersagen können wo Walmart heute steht. Dies nun ist die Anwendung davon auf das ganze Spektrum von Firmen. Hier sind 23'000 Firmen gezeigt. Zu Beginn starte alle im Hockeyschläger-Stil, die Kurven biegen sich durch, und sie alle sterben wie sie und ich.

Herzlichen Dank.

(Applaus)