Історія про те, як фізики знайшли рівняння для мегаполісу. Частина ІІ

Автор: Йонах Лерер, Нью-Йорк Таймз

Переклав: Іван Помідоров

Завданням Бетанкура та Веста було знайти спосіб кількісно підтвердити такі міські взаємодії. Перший набір даних стосувався економічної продуктивності американських міст, і стало зрозуміло, що їхня робоча гіпотеза - як і слони, міста стають більш ефективними, оскільки вони стають більше - була глибоко неповною.

За цими даними виявилося, що коли місто подвоюється в розмірі, всі показники економічної діяльності, від витрат на будівництво до суми банківських депозитів, збільшуються приблизно на 15 відсотків (на душу населення). Не має значення, наскільки велике місто, закон залишається тим самим. "Це чудове рівняння. Власне тому люди і переїзджають у великі міста," каже Вест. "Тому що ви можете взяти ту ж саму людину, і якщо ви просто перемістите її у місто у два рази більше за розміром, то несподівано вона почне давати результат на 15% кращий у всьому, що ми можемо виміряти."

Коли люди збираються разом, вони стають набагато більш продуктивними

Отже, хоча Джекобс могла лише тільки здогадуватися про кількісний ефект міських взаємодій, Вест наполягає на тому, що він знайшов спосіб "науково підтвердити" її гіпотезу. "Один з моїх улюблених компліментів, коли люди підходять до мене і кажуть:" Ви зробили те, що Джейн Джекобс зробила би, якби вона застосовувала математику. Оброблені міські дані показують: вона змогла передбачити, що коли люди збираються разом, вони стають набагато більш продуктивними".

Вест ілюструє ту ж концепцію, наводячи приклад Інституту Санта-Фе, міждисциплінарної науково-дослідницької організації, де працює він та Бетанкур. Інститут схожий на колекцію місць загального користування, старих диванів і невеликих офісів; кав'ярні - завжди саме людне місце. "S.F.I. весь складається з несподіваних зустрічей, " каже Вест. "Є кілька запланованих зустрічей, і просто дуже багато незапланованих розмов. Це як шлях через місто."

Напередодні ввечері, Вест і я забігли до романіста Кормака Маккарті (він теж працює в інституті). Фізик і письменник протягом 45 хвилин встигли поговорити про антарктичну крижану рибу, процес редагування і конвергентну еволюцію. 
 Звичайно, що міжособистісні взаємодії у переповненомуміському просторі можуть бути неприємними. Ми не завжди хочемо говорити з незнайомими людьми в метро або штовхатися з перехожими на тротуарі. Вест визнає, що всі успішні міста є трохи незручними.

Для Веста головна ціль міського планування - знайти спосіб звести до мінімуму наші незручності при максимальному збільшенні нашої взаємодії. Жителі Гудзон-стріт, в кінці кінців, не звертають увагу на тісняву, проходячи по своєму тротуару. Як зазначає Джекобс, структура її міжбудинкових манхаттанських просторів - короткі квартали, багатофункціональне зонування, викладені червоним піщаником будинки - допомагає впоратися з вадами метрополіса.

Індивідуальне житло у пригороді - як гальмо прогресу?

В останні десятиліття, проте, частина найбільш швидко зростаючих міст в Америці, такі як Фенікс і Ріверсайд, штат Каліфорнія, дають приклад іншої міської моделі. Вони обміняли громадські місця на для доступне життя в передмісті для однієї сім'ї. Вест і Бетанкур з'ясували, що дешеві приміські райони з індивідуальним житлом пов'язані з низьким результатом різних міських показників.

Фенікс, наприклад, останні 40 років знаходиться нижче середнього рівня доходів та інновацій (за даними по кількості патенти). "Якщо ви подивитеся на деякі з цих швидко зростаючих міст, вони більше схожі на пухлини на пейзажі," трохи пафосно, у своєму стилі каже Вест. "У них дійсно найбільші рівні зростання, але це не стійке зростання." Компромісів не уникнути: ті ж тротуари, які призводять до обміну знаннями, можуть також призвести до збільшення кількості тарганів.

Коли Бетанкур і Вест проаналізували негативні показники міського життя, такі як злочинність і хвороби, вони виявили, що застосовуються ті ж самі математичні рівняння. Коли місто подвоюється у розмірі, так само на 15 відсотків на душу населення збільшується число тяжких злочинів, ДТП та випадків СНІДу. (Звичайно, ці тенденції справедливі лише у загальному плані. У деяких містах спеціальні заходи по збільшенню кількості поліції або проти забруднення, наприклад, можуть змінити рівняння). "Значить, ви не можете отримати економічне зростання без паралельного збільшення речей, які нам не подобаються", - говорить Бетанкур. "Коли ви вдвічі збільшуєте населення, все, що пов'язано з соціальною мережею збільшується на той же відсоток."

Суперлінійне масштабування - міста більш продуктивні, ніж живі організми

Вест і Бетанкур називають це явище "Суперлінійним масштабуванням", - нетривіальна назва того, що ефективність людей, що живуть у великих містах, збільшується. Коли показати суперлінйне рівняння графічно, воно виглядає як початок гірки, сходження на небо. Крутий підйом походить з петлі позитивного зворотного зв'язку міського життя - зростаюче місто робить все у собі більш продуктивним, що збільшує кількість людей, які хочуть туди переїхати, і так далі.

Відповідно до Веста, ці суперлінійні моделі продемонструвати, чому місто є одним з найважливіших винаходів у людській історії. Міста це та ідея, що дозволила збільшити наш економічний потенціал і нашу винахідливість. "Коли ми почали жити в містах, ми зробили те, що ніколи раніше не було в історії життя," каже Вест. "Ми відірвалися від рівнянь біології, кожне з яких є сублінійним. Усі інші істоти стають повільнішими, коли стають більшими за розмірами. Але в містах відбувається зворотнє. Як тільки місто збільшується, усе у ньому починає прискорюватися. Не існує ніякого еквіваленту для цього в природі. Все одно, що знайти слона, який рухається швидше, ніж миша пропорційно їх різниці у розмірах."

Існує, звичайно, дуже проса причина, чому збільшуючись, тварини стають повільнішими: будь яка маса вимагає енергії. Через те що слону потрібно їсти дуже багато, щоб прогодувати себе, він не може дозволити собі бігати, як маленький гризун. Але суперлінійне зростання міст відбувається без подібних обмежень. Навпаки, рівняння для міст прогнозують все більше споживання ресурсів у світі, через те що розширення міст стимулює зростання економіки. Дійсно, супільне споживання, зумовлене процесом урбанізації - наше колективне бажання айпадів, фрапучино, та захоплення останньою модою - значно перевищує екологічну вигоду від того, що люди збираються в одному місті.

Людина як електролампа

Вест ілюструє проблему, переводячи людське життя у вати. "Людина у спокійній ситуації генерує потужність близько 90 Вт," говорить він. "Ось скільки енергії потрібно, щоб просто лежати. Якщо ви - мисливець-збирач, і ви живете в районі Амазонки, вам потрібно близько 250 Вт потужності. Ось скільки енергії потрібно, щоб бігати і знаходити їжу. А скільки енергії вимагає наш спосіб життя [в США]?

Ну, коли ви складете всі калорії, а потім додасте енергію, необхідну для запуску комп'ютера і кондиціонера, ви отримуєте неймовірно велику кількість, десь близько 11000 Вт Тепер ви можете запитати себе: що це за звір, якому необхідна потужність у 11000 Вт? І ви побачите, що ми створили спосіб життя, де нам потрібно більше ватт, ніж синьому киту. Ми потребуємо більше енергії, ніж будя яка велика тварина, що коли-небудь існувала. Ось чому наш спосіб не може продовжуватися довго. Ми не можемо мати сім мільярдів блакитних китів на цій планеті. Не зовсім ясно, чи ми можемо дозволити собі хоча б 300 мільйонів блакитних китів ".

Історик Льюїс Мамфорд описав зростання мегалополісів, як "останній етап у класичному циклі цивілізації" , який закінчиться "повним руйнуванням і занепадом". Коли Вест знаходиться у більш песимістичному настрої, він здається, з цим погоджується.

Біг по колу, до самознишення?

Він знає, що ніщо не може рости безкінечно. Справді, Вест бачить людську історію, як постійний конфлікт між безупинним зростанням міст та дефіцитом ресурсів, які його стримують. "Єдине, що зупиняє суперлінійність, це коли щось нам необхідне закінчується", каже Вест. "І тому зростання сповільнюється. Якщо нічого не змінювати, система починає руйнуватися. "

Як ми можемо уникнути цієї похмурої долі? Постійними інноваціями. Після того як ресурс буде вичерпано, ми змушені використовувати новий ресурс, хоча б лише для підтримки нашого суперлінійного зростання. Вест наводить довгий список відкриттів, щоб проілюструвати цей історичний сценарій, починаючи з відкриття парового двигуна і закінчуючи винаходом Інтернету. "Ці винаходи повністю змінили життя суспільства", каже Вест. "Начебто ми знаходилися на краю скелі, запаси закінчилися, але потім ми знаходимо новий спосіб створення багатства. Це означає, що ми можемо починати рости знову. "

Але втеча завжди є тимчасовою, оскільки кожна інновація знову приводить нас до нових дефіцитів. Ми вирубали ліс, і тому перейшли до нафти, як тільки ми вичерпаємо викопні види палива, ми почнемо впроваджувати електричні машини, принаймні, поки не закінчився літій. Це допомагає пояснити, чому Вест вважає місто єдиним рішенням проблеми міста. Хоча урбанізація викликала здавалося б, небачений рівень економічного зростання, вона також надихнула інновації, які дозволяють продовжувати таке зростання.

Існує серйозне ускладнення у цих постійних сценаріях порятунку на краю провалля. Наш спосіб життя став настільки дорогим в обслуговуванні, що кожен новий ресурс виснажується швидше. Це означає, що цикл інновацій повинен постійно прискорюватися, з кожним проривом період перепочинку все менше і менше. У кінцевому результаті міста не лише підвищують темп життя, але й збільшують швидкість, з якою настають зміни.

"Це як на біговій доріжці, що прискорюється," каже Вест. "Ми звикли до того, що великі революції відбувалися кожні декілька тисяч років. Потім нам знадобилося століття для переходу від парової машини до двигуна внутрішнього згоряння. Зараз між великими інноваціями проходить всього 15 років. Це означає, серед іншого, що вперше люди за своє життя спостерігають декілька революцій. І все це походить від міст. Як тільки ми почали урбанізацію, ми встали на цю бігову доріжку. Ми проміняли стабільність на зростання. А зростання вимагає змін. "

Коли слухаєш, як Вест говорить про міста, легко забути, що його упевнені твердження засновані лише на кореляціях, і що його статистика може лише дати натяк на можливі пояснення. Не дивно, що багато міських теоретиків не згодні з висновками Веста. Вони не згодні з тим, щоб майбутні міські дослідження обертатися навколо декількох абстрактних математичних законів.

Інші теоретики, як наприклад Джоел Коткін, дослідник у галуз майбутнього міст з університету Чепмена (Оранж, Каліфорнія) стверджує, що робоча модель Бетанкура і Веста вже застаріла і не в змозі пояснити останні тенденції. "В останнє десятиріччя, передмістя продукують в шість разів більше робочих місць", говорить Коткін. І це не просто некваліфікована праця. Коткін також говорить що центри американських інновацій в поточний час знаходяться серед міських районів з низькою щільністю населення, такі як Кремнієва долина або Raleigh-Durham, NC. "Ця нібито повна теорія" міст, стверджує Коткін, "не в змозі пояснити багато чого з того, що відбувається прямо зараз. "

Наших фізиків-теоретиків ця критика не бентежить. Хоча вони визнають що їх теорія недосконала, вони наполягають що їх робота - це необхідне перше наближення. "Коли Кеплер виявив закони, які регулюють рух планет, вони не були абсолютно точними," каже Вест. "Але достатньо точними, для того щоб надихнути Ньютона." Тим часом, Вест і Бетанкур продовжують шукати нові статистичні дані, щоб покращити свою модель. Тим не менше, Вест вважає, що основа їх моделі - згадані суперлінейні та сублінейні закони - залишаться без змін. Розрахунки у їх теорії виглядають науково обгрунтованими.

Корпорації проти міст

Справді, Вест настільки задоволений своїми міськими дослідженнями, що починає втрачати спокій. Останнім часом він і Бетанкур, не в силах стримати нетерпіння, почали вивчати ще одне питання: корпорації. На перший погляд, міста і компанії дуже схожі. Обидва явища є великими скупченнями людей, що взаємодіють у чітко визначеному фізичному просторі. Вони містять інфраструктуру та людський капітал; а мери відіграють ролі генеральних директорів.

Однак виявляється, що міста і компанії відрізняються на дуже фундаментальному рівні: міста майже ніколи не вмирають, а компанії є досить нестійкими структурами. Як зауважує Вест, ураган "Катріна" не зміг знищити Новий Орлеан, а ядерна бомба не стерла з карти Хіросіму. На відміну від них, де зараз "Пан Американ" або Енрон? Сучасна корпорація має середню тривалість життя всього лише від 40 до 50 років.

У зв'язку з цим виникає очевидне запитання: чому корпорації настільки швидкоплинні? Після купівлі даних про більш ніж 23000 компаній, акціями яких торгують на біржі, Бетанкур і Вест виявили, що показники корпорацій, на відміну від міських, є повністю сублінійними. У міру зростання числа співробітників, обсяг прибутку на одного працівника невідворотньо скорочується. Вест не може встояти на одному місці, коли він показує мені графік лінійної регресії. "Подивіться на цей кривавий сюжет," говорить він. "Це навіть смішно,наскільки добре точки лягли на лінію". Графік відображує похмуру реальність корпоративного зростання, в якій тягар бюрократіїї завжди переважає економію на масштабі. "Початок компанії, це завжди якась нова ідея," говорить Вест. "Якщо пощастить, ідея спрацьовує. Всі щасливі і багаті. Але з часом керівництво починає турбуватися, щоб компанія виглядала найкраще, і тому наймає усіх цих людей, щоб стежити за паперами. Це початок кінця. "

Небезпека у тому, що неминуче зниження прибутку на одного працівника робить великі компанії все більш уразливими навіть до невеликих змін на ринку. Через те що компанія тепер мусить підтримувати дорогих співробітників - накладні витрати зростають з розміром - і навіть незначні порушення можуть призвести до значних втрат. "Компанії вбиває їх потреба постійно зростати"

Для Веста, нетривалість життя корпорацій лише підкреслює силу метрополісів. На відміну від компаній, які управляються зверху вниз по команді високооплачуваних керівників, міста є недисципліновании сутностями, із сильним імунітетом проти бажань політиків і планувальників. "Подумайте про те, наскільки безсилими є мери," каже Вест. "Вони не можуть вказувати людям, де жити, що робити або з ким поговорити. Міста не можуть бути керованими, і саме це підтримує їх тонус. Вони просто є шаленими масами людей, які натикаються один на одного і, можливо, обмінюються при цьому ідеєю чи двома. Свобода - ось що зберігає місто живим. "

наука місто суспільство