Джеффри Уэст - Масштаб. Универсальные законы роста, инноваций, устойчивости и темпов жизни организмов, городов, экономических систем и компаний

Почти все теории города – это теории по большей части качественные, происходящие в основном из целевых исследований конкретных городов или групп городов, которые дополняются рассказами, забавными случаями и интуицией. Они редко бывают системными и обычно не предусматривают объединение вопросов инфраструктуры и вопросов социально-экономической динамики. Возможно, создание теорий городов того «физического» типа, за который выступаю я, просто невозможно. Города и процессы урбанизации могут оказаться попросту «слишком сложными», чтобы можно было полезным образом описать их какими-либо законами и правилами, действующими независимо от их индивидуальных характеристик. Точные науки лучше всего справляются с поиском общих черт, регулярности, принципов и универсальных положений, выходящих за пределы и лежащих в основе строения и поведения всех отдельных компонентов, будь то кварки или галактики, электроны или клетки, самолеты или компьютеры, люди или города. И лучше всего они работают там, где это можно сделать в рамках численной, допускающей математические вычисления, предсказательной системы, как, например, в случае электронов, самолетов или компьютеров. Однако существует множество вопросов, например о сущности сознания, о происхождении жизни, о зарождении Вселенной или, если уж на то пошло, тех же самых городов, которые, возможно, в принципе нельзя разрешить таким образом, и тогда мы должны признать это и ограничиться такими пределами своего понимания и своих знаний. Тем не менее мы обязаны использовать научный метод до тех пор, пока это допустимо, чтобы определить, где пролегают такие границы его применения, не смущаясь призраком непреодолимой сложности и многообразия. Собственно говоря, сам вопрос о существовании таких границ, потенциальных пределов знаний и понимания, – это вопрос фундаментальный и чрезвычайно важный, как с философской, так и с практической точки зрения.

Именно в таком двойственном духе – исходя как из острой потребности в теории, которая помогла бы исследовать практические экзистенциальные вопросы долгосрочной устойчивости, так и из стремления к пониманию этого поразительного фундаментального природного явления как такового, – в Институте Санта-Фе была начата программа исследования городов и компаний. Ее зарождение и ранние стадии были кратко описаны в начале предыдущей главы. Эту главу мы посвятим обзору некоторых из наиболее выдающихся ее достижений, способствовавших формулированию возможной теории городов, и описанию их связи с работой других исследователей, ставивших перед собой родственные цели. Я также попытаюсь соотнести нашу работу с более традиционными идеями и моделями, которые предлагались ранее для понимания разнообразных аспектов городов и урбанизации.

Это очень старая тема, восходящая еще к Аристотелю. Соответственно, в попытках понять, что такое города, как они возникают, как они работают и каково их будущее, возникло множество точек зрения и концептуальных систем. В научном мире существует головокружительное множество независимых друг от друга отделов, центров и институтов, представляющих широчайший спектр альтернативных пониманий городов: городская география, городская экономика, городское планирование, урбанистика, урбаномика, теория архитектуры и многие, многие другие дисциплины, у каждой из которых есть своя тема, своя культура и свои методы, но очень редко случается взаимодействие с другими дисциплинами. Эта ситуация быстро изменяется по мере появления новых результатов, многие из которых порождаются использованием «больших данных» и идеей крупных городов, причем и то и другое несколько наивно преподносится в качестве панацеи от всех городских проблем. Но, что характерно, до сих пор не существует специальных отделов «теории городов», или «физики городов». Эти дисциплины остаются неизведанной территорией, несмотря на насущную необходимость изучения городов методами, более близкими к точным наукам. Именно в этом контексте следует рассматривать то, что я описываю в этой книге, а именно применение концепции масштаба в качестве мощного средства, которое позволит открыть путь к созданию теоретически обоснованной, интегрированной системной основы для количественного исследования городов.

Первым шагом этой программы стало рассмотрение вопроса о том, можно ли считать города, подобно животным, приблизительными масштабными копиями друг друга. Являются ли Нью-Йорк, Лос-Анджелес, Чикаго и Санта-Фе с точки зрения своих измеримых характеристик масштабированными вариантами друг друга, и если это так, то сходны ли законы их масштабирования с законами масштабирования, действующими для Токио, Осаки, Нагои и Киото, несмотря на все различия их внешнего вида и характеров? Проявляется ли в этом масштабировании всеобщность, которую мы наблюдали в биологии, когда оказалось, что киты, слоны, жирафы, люди и мыши являются приблизительными масштабными копиями друг друга и их численные характеристики хорошо выражаются действующими для них всех законами масштабирования с четвертными показателями?

В отличие от биологии в отношении городов, городских систем и компаний таким вопросам уделялось до нашей работы на удивление мало внимания. До некоторой степени это связано с тем, что исследования городов всегда были даже еще менее количественными, чем биология, но дело еще и в том, что до нас было предложено, а тем более сопоставлено с данными сравнительно мало вычислительных моделей механизмов работы городов или компаний.

Одним из первых к нашей работе присоединился Дирк Хелбинг; когда я познакомился с ним, он был директором Института транспорта и экономики Дрезденского технологического университета в Германии. Дирк получил образование в области статистической физики и применял ее методы к изучению дорожного движения и толп пешеходов. Сейчас он работает в престижной Швейцарской высшей технической школе Цюриха, обычно называемой аббревиатурой ЕТН, в которой он руководит крупным проектом под названием «Модель живой Земли» (Living Earth Simulator). Эта система должна моделировать при помощи больших массивов данных и замысловатых алгоритмов глобальные явления, от экономических систем, правительств и культурных тенденций до эпидемий, сельского хозяйства и технического прогресса.

В 2004 г. Дирк поручил одному из своих студентов, Кристиану Кунерту, исследовать, как изменяются различные характеристики европейских городов в зависимости от их размеров. Некоторые из результатов этих ранних исследований представлены на рис. 33, и из них ясно видно, что данные по разным странам и городам демонстрируют удивительную простоту и регулярность [116] C. Kuhnert, D. Helbing and G. B. West . Scaling Laws in Urban Supply Networks // Physica A. 2006. 363 (1). P. 96–103. . Эти графики отражают, возможно, одну из самых прозаических характеристик городов, а именно зависимость числа заправочных станций от размеров города. Число заправок отложено по вертикальной оси, а размеры города, измеренные по численности его населения, – по горизонтальной оси. Как и на предыдущих графиках, иллюстрировавших явления масштабирования, здесь использован логарифмический масштаб, то есть величины, отложенные по осям, последовательно увеличиваются на степени десяти. Даже если не знать никакой математики, не помнить, что такое логарифм, и не очень разбираться в городах, ясно видно, что число заправочных станций изменяется в зависимости от размеров города с удивительной регулярностью. Данные не рассеяны беспорядочным образом по всему графику, а с хорошей точностью ложатся на простую прямую линию, что ясно указывает на то, что эта зависимость не произвольна, а соответствует четко определенному системному поведению. Получающаяся прямая линия говорит о том, что число заправочных станций возрастает с увеличением численности населения в соответствии с простым степенным законом, очень напоминающим то, что мы наблюдали ранее в масштабировании биологических и физических величин.