按同样节奏跳舞的生命体、城市和公司

武夷山

(发表于《中国科学报》2017年9月29日)

2017年5月，企鹅出版社出版了美国圣菲研究所前所长、著名物理学家Geoffrey West（杰夫里.韦斯特）的著作Scale: The Universal Laws of Growth, Innovation, Sustainability, and the Pace of Life in Organisms, Cities, Economies, and Companies(尺度：关于增长、创新、可持续性以及生命体、城市、经济体和企业之生命节奏的普遍规律)。

韦斯特是复杂性科学领域的专家。一开始，他试图用物理学家的严格性来回答生物学的一些问题，比如，为什么动物的寿命都有个极限，不能再延长了？他发现，不同哺乳动物不管体型有多大差异，它们都遵从幂律尺度法则。体型越大，新陈代谢越慢，效率越高。只要知道哺乳动物的体型大小，就可以利用幂律尺度法则算出关于这种动物的好几样东西：每天吃多少，心率多快，发育成熟需要多久，寿命有多长，等等。

哺乳动物循环系统的效率与其体重之间的关系也遵从同样的法则。比如，在对数坐标上绘出关于老鼠、人或大象等各种哺乳动物的有关参数，你会发现，平均体重每增加一倍，动物物种的能源利用效率就增加25%左右，寿命也增加25%左右。例如，鼩鼱的体重大约两克，寿命14个月，其心脏一辈子要跳动10亿次。蓝鲸重约2亿克（2吨），寿命约100岁，但一辈子的心跳次数也只有10亿次。除了人类，其他所有哺乳动物都较严格地遵从这样的法则。人的体型比大象和蓝鲸要小得多，但人一生的平均心跳次数约20亿次。这一例外，可能需要用文化因素来解释。不过，为了回答“人的期望寿命有多长？每天需要睡几个小时？”这样的问题，上述法则仍能提供帮助。总之，韦斯特证明了，给生命体提供能量、为生命体排除废物的网络可以用分形几何来描述。

他的研究对于生物学具有重要意义。后来，他又沿用同样的思路来研究城市。韦斯特说，我们生活在指数扩张的社会经济系统中，涌向城市的人口加速增长。城市的优越性到底在哪里？可以认为，城市是各种网络的集合体，故幂律尺度法则依然成立。城市规模每增加一倍，支撑相应人口所需的道路、供电线路、自来水管道、加油站等约可减少15%。从这个意义上说，纽约是全美国最绿色的城市。特别需要指出的是，能效属于自然科学关心的范畴。城市规模越大，相关参数不是成比例增加，而是增加得较慢，即效率越高。而在社会经济领域（社会科学关心的范畴），相关参数却是随城市规模增加而增加得更快的。例如，城市规模翻番后，专利产出量和财富生产量这些我们欢迎的事物将增加15%（达到原值的115%），但是，刑事案件和疾病数量等我们厌恶的事物也将增加15%。同样，餐馆的数量、税收总额、工资总额，甚至平均步行速度，都是随城市规模的增长而增大的，当然，不是成比例的增大。这些规律性的东西为建立新的城市科学奠定了基础。韦斯特还说，文明世界的多数问题都产生于城市，但是，城市解决这些问题所需时间比产生那些问题所用的时间要短。

再后来，韦斯特又在商业领域进行了类似探索。他的研究结果有助于回答，为什么有的公司兴旺发达，有的公司一蹶不振。公司与城市不同的是，随着规模增加，创新速率是相对下降而不是提升的。上市公司的平均寿命为10年。公司规模可能迅速增加，但是，其净收入、销售额、利润、总资产等指标不是同比增长的。初创公司一开始的表现有点像城市，有较多的创新，后来，规模增加到一定的程度，它们往往就躺在过去的成功上吃老本，最终像动物一样走向衰亡。

根据韦斯特的研究，尽管城市、公司和生命体是差异很大的复杂系统，但都在按照同样的简单节律在跳舞。