从分子到大城市:生活如何扩展

杰弗里·韦斯特(Geoffrey West)的巨著《规模》将数学和物理学结合在一起,以探索我们的生物学,我们的公司和我们的文明的局限性。

尼克·沃基(Nick Vokey)的插图,这是对“十大力量”的颂歌

书和书评有什么区别? 两者都是由单词组成的,并且理想情况下都具有某种叙事弧:初始前提或问题,一些说明和示例以及令人满意的结论或需要进一步研究的地方。 一个长于另一个吗? 一本书是不是像书评汇集在一起​​的东西? 还是其大小需要不同的内部结构? 在书中,您可以解释诸如第四维的分形; 在评论中,您通常只能断言它们。

这个问题听上去很像行人,但它扩展到围绕生命本质和地球可持续性可能性的基本问题。 宇宙中所有由原子组成的事物如何随着其变大而改变其行为和结构? 作为单元(即动物)存在的事物与作为交互单元(即城市和公司)“存活”的事物的尺度如何不同?

这是理论物理学家杰弗里·韦斯特(Geoffrey West)在Scale中谈到的深刻问题该书反思了他自己的死亡率以及所有活物以及他们所创造的城市和公司的死亡率。

这本书是关于科学的,但这里充满了人类,包括整个人类,还有站在彼此肩膀上的人,他们运用物理定律,并发现/定义了生物复杂性的定量定律。 长期以来,这个想法一直以激动人心的方式展现出来,韦斯特一直处于其中的首位,首先是在洛斯阿拉莫斯国家实验室,他的老板让他涉猎生物学,后来在圣达菲研究所,他仍然在那里工作。

就书评的规模而言,这里只是从物理学的角度及其缩放定律所见的韦斯特环游世界的简短摘要。 从本质上讲,正如我们在学校中学到的,如果您将一条线加倍,它会增加两倍。 将正方形的边加倍,其面积增长四倍; 将立方体的一面翻倍,其体积和质量将增加八倍。

动物,城市和其他生物具有复杂的内部结构,其不同层面以不同的速率缩放。 例如,随着动物整体质量的增长,其血管的长度和大小也随之增长,但是在几乎所有动物中,循环系统的末端毛细血管都接近相同的长度和直径,这是血液特性的函数。 同样,随着建筑物的扩大,房间的数量会增加,但不一定会增加。 整个电源插座的尺寸相同。

大动物不仅像小动物,而且更大。 大的人寿命更长。 任何动物一生中心跳的次数都差不多,大约为15亿次,因此大型长寿动物的心脏跳动的速度要慢得多。 sh的心脏每分钟大约跳动1500次,而大象以每分钟30次的速度跳动。 (随着我们通过现代健康措施将平均寿命延长到接近25亿次心跳,人类已经变得离奇了一些-这可能意味着我们已经达到极限了。当然,这是一个激烈争论的问题。)

所有这些都与代谢速率的不同但互补的缩放有关(要使给定数量的动物存活需要多大的能量)。 例如,平均重量每增加一倍,一个物种的代谢效率就会提高25%,寿命会延长25%。 大小和引力的物理特性还决定了其他一些比率:与整体大小相比,鼠标的腿很小,而大象需要宽大的树桩才能站立。 鲸鱼很好地解决了靠在海中生活来支撑自己的生活的问题。

每增加一倍的居民,您只需要增加85%的基础架构,但您的经济活动就会增加115%,犯罪和疾病的比率也将增加115%。

然后,西方开始进入城市和公司,首先是人类从狩猎和采集到农业到工业和城市化的加速过渡,最终是我们现在正在处理的数字化/永远在线的现象。

最大的收获是,尽管公司在扩张时创新性降低,但城市却在促进创新(大概是因为所有的创造性互动)。 对于每增加一倍的居民,您仅需要增加85%的基础架构,但您的经济活动就增加115%,尽管犯罪和疾病也增加115%。

正如韦斯特所说:

在生物学中,规模经济的网络原理……限制了生命的步伐……并限制了[通常创造平衡]的增长。 相反,城市和经济受社会互动驱动,其反馈机制导致相反的行为。 生活节奏随着[城市]人口规模的增加而系统地增加:疾病传播速度更快,企业诞生和死亡的频率更高,甚至在大城市里人们走得更快。 ……此外,社交网络是动态的……。 导致开放式增长。 ……持续的适应而不是平衡是规则。

韦斯特说,这些增长速度不可能持久。 城市以令人不安的速度使用资源,他想知道我们如何避免环境危机。

实际上,西方最大的担忧是地球的可持续性。 他轻易地揭穿了已经被揭穿的马尔萨斯(Malthus)的脑袋,他期望人类耗尽食物,但他指出现代人类的能源消耗量惊人地增长。 面临的挑战不是控制人口,而是弄清楚如何弯曲其活动增加的曲线。

同样来自NEO.LIFE:介绍三本书清单
我们在哪里请专家阅读建议。

也许是因为我不是物理学家,所以我所受的困扰比韦斯特还少。 就像猎人与采集者部落一样,城市可能只是暂时的现象,当城市相互流入并覆盖地球时,您所得到的一切都将被城市取代。 基本问题涉及我们在此设置中可以更改的内容以及我们将有目的地谨慎进行的操作。 还是这些变化会发生我们身上? 缩放定律描述了现在发生的事情,但是它们仍然没有完全解释如何或为什么。 本质上,韦斯特还没有所有答案,但是他在问正确的问题。

如果城市跨地球连接成多节点城市群,那么将有哪些法律来规范其能源使用及其各部分之间的相互作用? 市场和平台(例如eBay,Uber和Airbnb等)等新的公司结构是否会改变公司成长和衰老的本质? 新平台公司会控制一切并永远存在吗? 还是政府会应用反托拉斯法并改变“自然”结果? 确实,西方的书中奇怪地缺少了政府的作用。 可能会得出结论,各国政府是无关紧要的,因为城市更直接地影响着我们的生活。 然而,它们对他们自己的不自然规律和文化传播都很重要。

简而言之,这是一项出色的工作。 它并不能很好地解释一切。 相反,它阐明了混乱中的规律性。 无论读者的兴趣领域是什么,这里都有一些相关的内容,并引发了进一步的思考。

例如,尽管韦斯特(West)解释了人类的个体生长-以及当我们从生长新陈代谢转变为持续新陈代谢时其停止方式-但是还有另一个现象没有改变。 糖尿病和肥胖症以及其他伴随的慢性疾病是由于微妙的新陈代谢紊乱造成的。 西方的法律不再适用,因为许多人会继续成长到青春期。 这可能对我们的未来构成最大的威胁,而更广泛的环境问题则更困扰西方。

也许书和书评都应该不仅以结论结尾,而且以问题结尾。 理想情况下,一本书可以教给您很多知识,并且使您想了解更多,而书评则可以教给您一点知识,并且使您想读书。

埃斯特·戴森(Esther Dyson)是圣达菲研究所的前受托人,是Way to Wellville的执行创始人,Way to Wellville是一个为期10年的非营利项目,致力于证明对人体和心灵的可持续性进行投资的价值,即帮助儿童和父母实现韧性,而不是依靠医疗保健在故障发生时进行修复。