Джеффрі Вест: Дивовижна математика міст та корпорацій

Міста - горнила цивілізації. За останні 200 років міста і урбанізація розширювались експоненціально, так що в другій половині цього століття планета буде повністю підкорена містами. Міста є причиною глобального потепління, вони впливають на навколишнє середовище, здоров'я, забруднення, хвороби, фінанси, економіку, енергію - з цими проблемами доводиться зіштовхуватись при наявності міст. Звідти починаються всі проблеми. Щодо питань здатності навколишнього середовища до відновлення, цунамі проблем, які стоять перед нами, насправді зображають експоненційний ріст урбанізації на планеті.

Ось деякі цифри. 200 років тому, США було урбанізоване всього на декілька процентів. Тепер - більше, ніж на 82%. Планета перетнула відмітку в 50% декілька років тому. В найближчі 20 років Китай збудує 300 нових міст. Вслухайтесь в це: Щотижня в найближчому майбутньому до 2050-го року, щотижня більше мільйону людей будуть переїжджати в міста. Це вплине на все. Кожного в цій кімнаті, якщо він доживе, торкнеться те, що відбувається в містах в рамках цього незвичного явища. Однак, міста, незважаючи на наявність цього негативного моменту, також є розв'язком. Міста - пилососи та магніти, які притягнули творчих людей, створюючи ідеї, інновації, багатство і так далі. Отже, перед нами дволикість. А також гостра необхідність наукової теорії міст.

Ось мої брати по зброї. Ця робота була виконана видатною групою людей, вони зробили всю роботу, а я всього лиш балакун, який намагається все це якось пов'язати.

(Сміх)

Отож проблема: Це те, що ми всі хочемо До 2050-го року 10 мільярдів людей на планеті захоче жити ось в таких місцях, мати ось такі речі, займатись ось такими справами, з економікою, що росте ось так, не розуміючи, що ентропія продукує ось такі, такі, такі і ось такі речі. Ось в чому питання: Ось як будуть виглядати Единбург, Лондон і Нью-Йорк в 2050-тому, чи ось так? В цьому і є питання. Я повинен сказати, що багато хто вказує на те, що вони будуть виглядати ось так, але давайте поговоримо про це.

Моє провокаційне твердження в тому, що ми потребуємо серйозної наукової теорії міст. Наукова теорія передбачає вимірність, базована на загальних принципах, які можуть сформувати базу для побудови прогнозів. Ось в цьому і полягає завдання. Чи можливо це? Чи є універсальні закони? Два питання, які хвилюють мене, коли я думаю про цю проблему. Перше: Чи є міста біосистемами? Чи можна порівнювати Лондон з великим китом? Единбург - з конем? Microsoft - з великим мурашником? Чому це може нас навчити? Ми говоримо метафорично - ДНК компанії, метаболізм міста, і так далі - це дурниці, метафоричні нісенітниці, чи в цьому є щось серйозне? А якщо це так, то чому так важко умертвити місто? Можна скинути на місто атомну бомбу, і через 30 років воно оживе. Дуже небагато міст помирає. Всі компанії розвалюються, абсолютно всі. І якщо ваша теорія серйозна, то ви повинні вміти передбачити, коли Google припинить своє існування.

Чи може це просто ще одно версія ось цього? Ми це добре розуміємо. Задайте будь-яке загальне питання на цю тему - як багато дерев заданого розміру, як багато гілок заданого розміру на дереві, як багато листків, яка енергія, що проходить через кожну гілку, який розмір крони, яка швидкість росту, яка смертність? В нас є математична база, що базується на загальних універсальних принципах, яка може відповісти на ці питання. А чи можемо ми її застосувати тут? Шлях до розуміння однієї з найбільш незвичних істин про життя лежить через розуміння того, що воно масштабується, що воно працює в величезному діапазоні. Це всього лиш мала частина, всього лиш ми, ссавці, ми одні з них. Ті ж принципи, та ж динаміка, та ж організація присутня у всіх них, включаючи нас, і масштабується в розмірах в межах 100 мільйонів. Це одна із причин, чому життя таке міцне і сильне - масштабованість. Зараз ми обговоримо це детальніше.

На місцевому рівні, ви масштабуєтесь, будь-хто в цій кімнаті масштабований. Це називається ростом. Ось, як ви ростете, Щур, цей щур - це могли б бути ви. Ми всі майже однакові. Вам це дуже знайомо. Ви дуже швидко ростете і потім припиняєте. Ось ця лінія передбачена тією ж теорією, базована на тих же принципах, які описують ліс. Це описує ріст щура. Точки на графіку відповідають даним. Вага і відповідний їй вік. Можна зауважити, ріст припиняється. Дуже, дуже хороша річ для біосистем і одна із причин їх високої міцності. Але дуже, дуже погана річ для економіки, компаній та міст, в нашому теперішньому розумінні. Ось в що ми віримо. Це те, що вся наша економіка нав'язує нам, проілюстровано в лівому кутку: хокейні ключки. Це група інформаційних компаній - і їх виручка в залежності від їх віку - все зростає, всі заробляють мільйони і мільярди доларів.

І так, як нам з цим розібратись? Давайте спочатку обговоримо біосистеми. Тут явно показано, як працює масштаб. Це дивовижний графік. Тут показана швидкість обміну речовин - скільки енергії необхідно аби прожити день - в залежності від маси - для цілої групи організмів. Це представлено на шкалі, де розмір поділки збільшується 10-ти кратно, інакше усі б дані не помістились на графік. Таке хитре відображення дозволяє побачити, що все лежить на одній прямій. Незважаючи на той факт, що це найбільш складна та різноманітна система у Всесвіті, ми бачимо надзвичайну простоту. Найбільш дивовижно те, що кожний з цих організмів, кожна підсистема, кожна клітина, кожний ген еволюціонував в свої власній природній ніші, зі своєю власною історією. І все ж, незважаючи на всю цю Дарвінівську еволюцію і природній відбір, вони вимушені розміщатись на прямій.

В цьому щось є. Перед тим, як розповісти вам про це, погляньте ось сюди, вниз, де я написав нахил цієї лінії, нахил цієї прямої. Приблизно три четверті, менше одиниці - ми називаємо такий нахил сублінійним. І ось в чому суть: якщо би він був лінійним, крутіша лінія, то подвоєння розміру потребувало б подвоєння кількості енергії. Однак він сублінійний, і, як наслідок, для подвоєння розміру організму потрібно всього лиш на 75 процентів більше енергії. Прекрасною особливістю біосистем є їх неймовірний позитивний ефект масштабування. Чим більше ви за розміром, систематично, згідно дуже чітко визначених правил, тим менше енергії "на одиницю". Будь-яка фізіологічна змінна, про яку можна подумати, будь-яка подія із життєвого циклу, зображене подібним чином, виглядає так же. Це неймовірна закономірність. Якщо ви мені скажете розмір ссавця, я можу з впевненістю в 90% розказати все про нього, його фізіологію, життєвий цикл і так далі.

Причиною цього є мережі. Все життя контролюється мережами - починаючи з міжклітинної, далі мультиклітинної, і до рівня екосистеми. Вам добре знайомі ці мережі. Цей невеликий організм живе всередині слона. Тут резюме того, про що я розказую. В цих мережах, в самій ідеї мереж, із застосування універсальних принципів, математичних, універсальних принципів, слідують всі ці масштабування та обмеження, включаючи опис лісу, опис системи кровообігу, опис систем всередині клітини. Одним із фактів, який я не підкреслив у вступі, є те, що системно, ритм життя сповільнюється із збільшенням розміру. Серцевий ритм повільніший, тривалість життя більша, поширення кисню та поживних речовин через мембрани повільніше, і так далі.

Питання в тому, чи справджується це для міст та компаній? Чи є Лондон збільшеним Бірмінгемом, який є збільшеним Брайтоном, і так далі? Чи є Нью-Йорк збільшеним Сан-Франциско, яке є збільшеним Санте-Фе? Невідомо. Ми це обговоримо. Але вони є мережами. Найбільш важливою мережею міста є ви. Міста всього лиш фізичне втілення ваших взаємодій, наших взаємодій, а також кластеризації і групування індивідуумів. Ось тут це зображено символічно. А ось тут масштабування міст. В цьому дуже простому прикладі - дуже, до речі, приземленому - кількості заправок в залежності від розміру зображений таким же чином, як і приклад з біології - видно точно такий же факт.

Масштабування. Кількість заправок в місті можна визначити за його розміром. Нахил цієї лінії менший, а ніж лінійний. Це і є позитивним ефектом масштабу. Не дивно, що чим більший розмір, тим менше заправок "на одиницю". А ось що дивовижно. Він всюди масштабується однаково. Це європейські країни, але якщо взяти Японію, чи Китай, чи Колумбію, все те ж саме, з тим же позитивним ефектом масштабування і в такий самий ступінь. Погляньте на будь-яку інфраструктуру - довжина доріг, довжина ліній електропередач - на що не поглянути, всюди той же позитивний ефект масштабу, що працює таким же чином. Це інтегрована система, яка еволюціонувала, незважаючи на всі планування. Ще більш дивовижно, що якщо поглянути на соціо-економічні величини, величини, що не мають аналогів в біології, ті, які еволюціонували, коли ми почали формувати спільноти від 8 до 10 тисяч років тому. Зверху - залежність зарплат працівників від розміру, представлена таким ще чином. Внизу, відповідно, ви - супертворчі - ваша зайнятість, також відображена на графіку. Можна зауважити явище масштабування. Однак найбільш важливим є те, що експонента, аналог тих трьох четвертих для швидкості обміну речовин, тут більше одиниці - приблизно 1,15-1,2. Ось тут говориться, що чим ви більші, тим більше маєте "на одиницю", на відміну від біології - вищі зарплати, більше творчих людей на душу населення більше патентів, вища злочинність.

Ми розглянули все: СНІД, грип і так далі. Ось вони зображені разом. Ось що ми намалювали, ось дохід, ВВП - ВВП міста - злочинність і патенти, все на одному графіку. Можна зауважити, всі вони лежать на одній прямій. Факт: При збільшенні розміру міста від ста до двохсот тисяч, з мільйона до двох, з 10 до 20 мільйонів, не важливо, систематично отримується 15-ти процентне збільшення зарплат, багатства, кількості випадків СНІДу, розмір міліції, - всього, про що можна подумати. Збільшується на 15 відсотків. І 15 відсотків економиться на інфраструктурі. Поза сумнівами, це і є причиною, через яку мільйон людей на тиждень переїжджають в міста. Їх приваблюють всі ці прекрасні речі, творчі люди, багатство, дохід, ось що їх приваблює, і вони забувають про погане та жахливе.

В чому причина? У мене немає часу розказувати всю математику, але в основі лежать соціальні мережі, тому що вони - універсальне явище. Це правило 15-ти відсотків працює незалежно від того, де саме ви знаходитесь на планеті - Японія, Чилі, Португалія, Шотландія - не важливо. Завжди, всі дані показують, що вони однакові, незважаючи на те, що ці міста розвивались незалежно. Тут є щось універсальне. Універсальність, повторюю, це ми - ми і є місто. Це наша взаємодія і кластеризація цих взаємодій. Отже я повторив це знову. Якщо ці мережі та їх математична структура, на відміну від біосистем, де ми бачили сублінійне масштабування і позитивний ефект масштабування, де було сповільнення швидкості життя при збільшенні розмірів. Якщо це соціальні мережі з суперлінійним масштабуванням - більше "на одиницю" - тоді теорія стверджує, що швидкість життя збільшується. Чим більше, тим швидше життя. Зліва показана частота биття серця, з біології. Справа - швидкість ходьби в деяких європейських містах, що демонструє це збільшення.

В останню чергу, я хочу поговорити про ріст. Те, що було в біології, просто повторю. Позитивний ефект масштабу дає початок такій сігмоїдній поведінці. Швидкий ріст і потім зупинка - частина стійкості. Подібне було б погано для економік та міст. Насправді, один із дивовижних фактів теорії в тому, що при суперлінійному масштабуванні, починаючи зі створення багатства та інновацій, з тієї ж теорії слідує прекрасна висхідна експоненціальна крива - красиво. Насправді, якщо порівняти її з даними, вона дуже добре сходиться з розвитком міст та економік. Але в ній є жахлива пастка. Пастка в тому, що ця система приречена на провал. Вона приречена на провал з багатьох причин - мальтузіанського типу - тому що ресурсів перестане вистачати. Як цього уникнути? Ми вже це робили.

Ми робимо ось як, коли ми виростаємо і наближаємось до провалу - відбувається революційне відкриття і ми починаємо заново. І ми починаємо заново при наближенні до наступного і так далі. Існує цей безперервний цикл інновацій, який необхідний для підтримки росту та уникнення занепаду. Однак і тут є пастка - потрібно запроваджувати нововведення все швидше, і швидше, і швидше. Отже аналогія така, що ми не тільки знаходимось на біговому тренажері, який пришвидшується, але нам потрібно міняти тренажер все частіше і частіше. Нам потрібно пришвидшуватись на постійній основі. Ось в чому питання: Чи можемо чи, як соціоекономічне творіння, уникнути серцевого нападу?

В останні декілька хвилин я хочу завершити запитаннями про компанії. Погляньте на компанії, вони масштабуються. Насправді, справа нагорі - це Walmart. Це той же графік. Це прибуток та активи, відносно розміру компанії, представленому кількістю працівників. Можна було взяти продажі, все що завгодно. І так, ось воно: після невеликих коливань на початку, коли компанії винаходять, вони прекрасно масштабуються. Я повинен сказати, ми переглянули 23 тисячі компаній в США. І я демонструю вам лиш невелику частину.

Вражаючим фактом про компанії є те, що їх сублінійне масштабування, як в біології, показує, що вони керуються не суперлінійними винаходами та ідеями, вони керуються позитивним ефектом масштабування. В даному трактуванні, це бюрократія та адміністрація, і я повинен сказати, що вони прекрасно з цим справляються. Отож якщо ви мені скажете розмір компанії, якоїсь невеликої компанії, я зміг би передбачити розмір Walmart. Якщо він підлягає сублінійному масштабуванню, теорія стверджує, що повинен бути сігмоїдний ріст. Ось Walmart. Не схоже на сігмоїдний. Це те, що нам подобається, хокейні ключки. Але якщо ви зауважили, я змахлював, тому що дійшов тільки до 94-го. Давайте продовжимо до 2008-го. Червона лінія - теоретична. Якщо би я зробив це в 1994-тому, я міг би перебачити, чим Walmart був би зараз. Це повторюється на всьому спектрі компаній. Ось вони. 23 тисячі компаній. Вони всі починають, виглядають як хокейні ключки, вони всі згинаються, і вони всі помирають, як ви і я.

Дякую.

(Оплески)