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规模(Scale)
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。
等级规模是什么意思
是1913年由费尔巴哈提出的一种人口规模规律。
1913年由费尔巴哈提出,地域城市人口规模组合呈一定规则。
通常来讲,人口规模居第二位的城市其人口为居第一位城市人口的1/2,第三位城市为第一位城市人口的1/3,以此类推。
这种人口规模规律,成为等级规模法则。
近期读完的一本书《规模》
《规模》一书主要是想说明把规模法则作为一种基础法则框架去解释世间的一切。
其中的规模法则是指:不同的生物体、城市或者公司,都可以看做是同一事物不同程度的放大或缩小版本,都有其相似性在里边。
书中也主要是通过这三个方面去论证说明。
首先讲到,在一般人的直觉中,规模的变化总是成线性的等比例变化。
如人可以无限等比例的放大,城市人口增加一倍,道路长度也应该增加一倍,犯罪率也增加一倍。
而实际是,规模的变化还有亚线性变化和超线性变化两种。
人的承重能力就是随体重成亚线性变化,所以人不可能无限放大,最终体重会把自己压垮。
城市道路随城市人口亚线性变化,体现规模效益,但犯罪率会成超线性变化,犯罪率会上升。
其次讲生物体,随着体积的增大,其代谢率或成比例下降,所以体积大的生物体心跳变慢,寿命变长,体现规模效益。
对于同一生物物种来说,随着体积的增长,越来越多的能量需要维护已有细胞,所以当体积到达一定程度后,开始停止生长。
而且随着细胞损伤越来越严重,最终导致死亡。
对于城市来说,随着城市人口的增加,所需要的基础供给会响应减少,成亚线性增长,如道路长度,加油站、医院、律所数量,电线、水管长度。
而相对的产出却成超线性增长,如创新、平均工资、就业机会,还有犯罪率、流行病等。
所以城市能保持开放性增长,即城市越大,增长的越快。
而对于公司来说,其类似于生物体,有规模效益,但无法实现开放性增长。
因公司经营数据不易获得,所以书中更多的说明了公司的消亡。
一般来说,只有5%的公司能经营超过30年,到达50年时公司的消亡比例几乎达到100%,50%左右的公司在10年左右就消亡。
其中比较新奇的几个概念:涌现——复杂机体表现出的组成个体都不具有的特性。
网络原理 :空间填充——网络的触角必须延伸至它所服务的整个系统的各个角落。
终端单元的恒定性——一个给定的网络的终端单元必须是近似恒定的。
优化——在既定的设计和不同德尔网络限制条件下能够得到的最小可能。
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