规模(Scale)

作者:杰弗里·韦斯特

首先问你一个问题:一头奶牛的体重大概是一只猫的100倍,那么奶牛消耗的能量是猫的多少倍?你可能认为接近100倍,因为体重是100倍意味着细胞数也是100倍,单个细胞(无论是猫细胞,还是奶牛细胞)消耗的能量接近,因此,消耗的总能量也应该是100倍。结果却可能令你感到十分意外:一头奶牛消耗的能量差不多只有一只猫的32倍。不仅是奶牛和猫,对于任何两种动物,在代谢消耗和体重之间存在一个普遍规律,即代谢消耗增加的数量级是体重增加数量级的3/4。这本《规模》便是研究事物随规模缩放所表现出的非线性行为,以此提出一种新的理解复杂系统的思维框架。

本书的作者杰弗里·韦斯特(Geoffrey West)是一位理论物理学家,是享誉全球的科技智库-圣塔菲研究所的前任所长。作为一位物理学家,杰弗里试图以物理学研究所惯用的定量和建模分析方法来解决生物、社会、经济、医学等学科以及跨学科的问题。杰弗里被时代杂志评选为“全球最具影响力的100个人之一”。

规模法则是杰弗里几十年潜心研究,经过反复试验和求证所发现的“复杂系统的简单法则”。对于“复杂系统”,很难给出一个准确的定义,但其具备两个显著特点:一是整体大于组成部分的简单线性组合,即具有所谓“涌现”效应;二是具备自适应性。可以将复杂系统等同为极大量错杂联系的个体所组成的网络。个体及个体之间的联系十分简单,网络的行为和功能却极其复杂。这就是为什么神经元一次次微弱的放电会掀起一场场思维的风暴,产生绚烂的思想。

“涌现”效应意味着无法通过研究独立个体的性质来揭示网络的行为,但可以通过观察一个较小规模的网络去预测更大网络的行为,因为再复杂的网络也必须遵循不变的物理法则。同时,网络会自发演进,从而达到最优配置(即“自适应”)。以代谢消耗与体重的关系为例,为什么奶牛的代谢消耗效率(代谢消耗与体重之比)会比小猫高呢?动物的血液循环系统是新陈代谢的核心:氧气经肺泡渗入血液与红细胞中的血红蛋白结合形成动脉血,然后在心脏泵血推动下,流经各级动脉一直到毛细血管,被输送到身体各个细胞,继而参与ATP的合成为细胞供能。血液输送的效率便决定了代谢效率。经过漫长的自然选择,动物的循环系统具备了以下特性:每一级血管的横截面积与它的所有分支血管的横截面积之和相等,这样才能防止血液在分支处因为回流浪费能量,类似于输电线路的“负载匹配”。另外,血液在动脉中是以波动的形式传输,类似于“交流电”,传输效率非常高。然而,随着血管变细,粘滞作用增强,血液便从“交流”过渡到“直流”,效率大大降低。动物体型大小差异巨大,然而血管的分支级数相差不大,都在15级左右。体型越大的动物,其主动脉的半径越大,因此“交流传输”的血管级数占比便越大,因此,血液传输的整体效率便越高。高多少呢?根据上述“负载匹配特性”可以计算出来,也就是开篇所说“3/4”法则。

规模法则不仅可以解释各种自然现象,由于它是任何网络所具备的共性,因此也可以用来理解各种人造事物,像城市,或者公司。譬如,随着城市人口的增加,城市道路数呈“亚线性增长”,而专利发明、犯罪则呈“超线性增长”。又比如,公司就像人一样,它的衰亡不可避免,不仅存在一个最大寿命周期,而且任何公司每存活一段固定时间,譬如5年,它破产倒闭的概率都是相同的。生长过程是另一种形式的规模缩放。通过理解城市、公司的生长规律,便可在其失控前进行人为干预,从而避免严重后果的发生,譬如,生态灾难、失业潮等。

书中还提到一个重要概念,就是“发展范式转换”。人类城市发展呈现“超线性”趋势,不可避免会遇到奇点危机,即产生无限能量的消耗需求,这是不可能实现的,从而引起城市的崩塌。那为什么城市以及人类社会并没有崩塌呢?这就得益于科技的进步同样是“超线性的”,科技突破会及时改变城市发展的路径、避免奇点的来临,就像是一个人站在一台运转的跑步机上眼看就要撞上墙了,他及时跳到了临近的另一台跑步机,这便是“发展范式转换”。能源危机便是最好的例子:煤炭无法满足工业需求时,人类发现了石油;而在石油告急前,又找到了页岩气的开采方法。

然而,人类发展的危机依然存在,因为临近跑步机的速度更快,于是就需要在更短的时间内跳到再下一台跑步机上...以此类推,发展的节奏将不可避免地越来越快,因此,失控的阴霾始终挥之不去。这也是本书试图传达,希望引起人们警惕的。

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