如果一座城市的人口增加一倍，它的道路是否也会增加一倍，犯罪率是否会翻番，产生的专利数量是否会增加一倍？如果一家公司的销售量增长一倍，它的利润会同样增长一倍吗？如果一只动物的体重减少一半，它所需的食物量是否也会减少一半？
为解决这些彼此不同、似乎又不相关的问题，世界顶级理论物理学家、圣塔菲研究所前所长杰弗里·韦斯特从规模缩放这一角度进行了分析。他探寻事物如何随着规模的变化而发生变化，以及它们所遵守的基本法则和原则。
利用规模法则，复杂世界将变得可量化、可预测、清晰明了且统一。小到动植物，大到城市，都遵从一个底层规律。
在混沌本周上线的课程：《万物生长法则——探索创新与增长的极限》中，我们跟随世界顶级物理学家杰弗里·韦斯特，追问了万事万物生长背后的简明逻辑。
授课老师
杰弗里·韦斯特圣塔菲研究所前所长
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混沌商业研究团队
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混沌前沿课
城市的发展关乎我们的当下与未来
01.非凡的城市化现象
从NASA卫星拍摄的地球夜晚画面中，我们可以看到地球像在燃烧一样明亮。这些光亮确实是化石燃料燃烧产生的，它代表了过去百年里出现的非凡的城市化现象，也代表了社会经济活动指数级增长。
实际上，从现在开始到本世纪中叶（通常指-年），有效城市化速度预计是，平均每周将会有大约万人口城市化。这意味着未来几十年间，地球上将每隔三个月增加一个北京大小的城市，每隔四天增加一个旧金山大小的城市，或者每周增加一个如丹麦大小的国家。
这种增长现象在中国出现得比较晚，但中国正以惊人的城市化速度追赶，在接下来的二三十年里，中国城市化率也将超过80%。
城市开始占据主导地位或者在某种程度上主宰了这个星球。因此，地球的未来和城市紧密相连，它完全融入到了城市的未来里。
02.城市是把双刃剑
当你想到城市，脑海中通常会浮现出各类建筑、各种道路交通网络的画面。其实这些只是构成城市的一部分物理要素，是城市的基础设施。基础设施提供了场地，让人们在这些基础设施上进行互动。通过交流，人们产生新想法，创造财富，实现创新，提升了自身生活水平。
大概从1万年前开始，人类就形成了社会群体，进行狩猎采集，创造发展语言，进行信息交换。在此基础上，人们发现了规模经济，并最终创造出我们今天在地球上看到的伟大城市。
我们发明了城市这个非凡的机器，促进了财富的创造，催动了知识、新思想和创新的诞生，提高了生活标准和生活质量。在这些方面，城市已经取得了巨大的成功，但城市的运行也要付出巨大的代价。
城市运行的代价是消耗能源。能源不断转化成生活的方方面面。在此过程中，不可避免地产生了“社会熵”，这遵循了最基本的科学定律——热力学第二定律。
这就意味着，如果你创造了城市、发明了手机、制造了汽车，你就在无意间不可避免地造成了污染、气候变化、犯罪、不平等、疾病和流行病，以及社会动荡。创建了秩序的同时，你必然也会制造混乱，这种无序状态叫做熵。
03.我们可能无法解决问题，但需要把问题最小化
为了解决混乱，通常我们会采用烟囱式的处理方式，把问题分解的非常具体。用一个小漫画来说明：人们抱怨交通太拥挤，于是就选择拓宽道路，但如果你只考虑道路和交通本身，不可能从根本上解决交通堵塞的问题。
为解决一个问题，我们将其不断拆解，然后再试图去解决更具体的问题。当然，短期来看这样做可能成效非常显著，但未来我们或许会为此付出巨大代价。这种行为可能会产生巨大的蝴蝶效应。
因为我们没有认识到，每个具体的问题其实都非常复杂，都是互相联系的，都在不断的进化和适应，这就是所谓的复杂的适应性系统。
如何用规模法则丈量生物、
城市这样的“复杂性”系统
我们可以用宏观视角的思维方式总结复杂系统的普遍规律——规模法则。
01.什么是复杂性系统
如果你要理解“复杂性”，首先要明白什么是“简单性”。
“简单性”是指事物可以利用精确的定律，进行精准的预测。就像利用牛顿运动定律以及牛顿万有引力定律，我们可以清楚地知道太阳系如何运作，可以几乎精确地预测行星的运动以及卫星的运动，所以我才能跨越数千英里距离与你们谈话。
但我们周身的世界却并非如此，它要混乱得多。复杂的世界难以预测，这就是我们必须面对的现实。
复杂的系统有以下几种特点，它有很多的组成部分，有大量的构成要素。复杂的系统是高度非线性的，具有层展现象（可简单理解为多米诺骨牌效应）现象。也就是说在复杂的系统中，一个微小的改变都会带来意想不到的后果。
比如你的大脑显然属于高度复杂的系统，它由数十亿神经元组成，不断互动、不断进化，因为你一直在不断整合新的信息，并以此来促进思考、意识等等。此外，细胞、森林和生态系统、股市经济学……这些都是非常复杂的系统。
城市就是一个典型的复杂性系统。一座城市不只是所有人的总和，而是人与人之间互动的总和，是人们与其所处的环境、建筑、道路等等之间的互动的总和。
02.生物的规模法则
对几乎所有复杂性系统来说，扮演着绝对核心的角色的是网络。例如，你的大脑其实是神经元网络，你的身体是连接你体内许多细胞和多个器官的网络。
网络的发展是为了优化能源和资源的输送。无论是细胞、生物体、城市还是公司，高度复杂自我维持的结构需要无数构成单元的密切配合，这些单元需要得到高效维护。
对生物来说，其系统网络的运行遵循精确的数学公式，即“代谢率随体重的约3/4次幂发生变化”，代谢率指物体存活一秒所需要的能量总量。这是生物的规模法则。
对生物来说，这条线的斜率是非常接近3/4，当幂次小于1时，我们称之为亚线性规模缩放。
你可能会想，你的体积是动物体积的两倍大，有两倍的细胞数量，所以你需要两倍的能量。不，你只需要3/4的能量。粗略地说，你的体积每变大一倍，你就可以节省大约25%所需要的能量，这就叫做规模经济。
更为引人注目的是，类似的规模法则适用于所有生物。
03.城市的规模法则
这些隐藏的生物学规模法则也体现在城市中吗？
正是如此。我们身处的城市实际是另一个城市的缩放版，尽管它们处于不同的地理位置，拥有不同的历史文化。
城市同样是网络系统，但它比生物复杂，城市由两种网络组成。一种是由物理基础设施组成的网络，这部分构成和生物非常相似。它也同样遵循着亚线性规模发展。
上图显示的是法国、德国、荷兰、西班牙四国加油站数量与人口之间的关系。我们可以发现，如果城市规模扩大一倍，只需要增加85%的加油站即可满足城市需求。按照亚线性规模法则，规模增长一倍，便会带来15%的节约。
另一种城市网络是社交网络，这是城市最有魅力之处，在生物学中没有类似的环境。
社交网络至关重要，通过社交网络，可以实现信息交换。经由社交网络中的积极反馈，我们创造出了新鲜事物。正是积极的反馈引出了相对论、因特网的诞生、促使谷歌、亚马逊、腾讯创立等等。
社交网络的正反馈也呈现出一种规模缩放——超线性规模缩放。按照超线性规模法则，规模增长一倍，增益便会增加15%。城市的社会经济动力，从工资到专利再到疾病、犯罪等等，都与城市的大小相对应，呈超线性规模缩放。
上图显示的是城市人口与城市专利数量的关系。
城市的两种网络系统之间紧密联系，互相依赖、互相补充。
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