Великі міста схожі на слонів - історія про те, як фізики знайшли рівняння для мегаполісу. Частина І

Переклав: Іван Помідоров

Тепер 70-річний Вест більше не займається глибоким космосом або теорією струн.

Він вирішив змінити напрямок діяльності ще в 1993 році, і зрештою зупинився на містах: - всі ці гудки таксистів і затори на дорогах виглядають хаотично - але, можливо, вони будуть підкорятися невеликій кількості універсальних правил. "Ми весь час думаємо про різницю між містами, про їх ресторани, музеї та різну погоду. У мене було передчуття, що має бути щось більше, що кожне місто формується згідно однакових прихованих законів."

Міська наука

Вест говорить, що міста - це інтелектуальна проблема з величезними практичними наслідками. Зростання чисельності міського населення - велика тема сучасного життя. У результаті, вперше в історії більшість людських істот живуть в міських районах. (Число жителів міста набагато вище в розвинутих країнах - у США їх, наприклад, 82 відсотки).

У лютому 2009 року президент Обама вперше створив у Білому домі підрозділ, який буде розробляти рекомендації для розвитку міської Америки. Тим часом, нові перспективи з'явилися у галузі міських досліджень. Макроекономісти, наприклад, останнім часом вивчали роль міст у створенні валового внутрішнього продукту і підвищення рівня життя, а психологи досліджували вплив міського життя на самоконтроль і короткострокову пам'ять. Навіть архітектори зайнялися дослідженнями: Рем Кулхаас, наприклад, стверджує, що архітектура останнім часом настільки одержима красою будівель, що забула про необхідність життєвого простору між ними.

Але Веста не влаштовує будь-який з цих підходів. Він не хотів обмежуватися старими методами соціальних наук, і не терпів відвертих спекуляцій архітекторів. (Вест вважає міську теорію галуззю без принципів, порівнюючи її з фізикою в той час, коли Кеплер ще не сформулював свої закони руху планет у 17 столітті.) Замість цього, Вест хотів почати з чистої сторінки: він втомився від міської теорії - він хотів винайти міську науку.

"Data mining": що є спільного у таких різних містах

Для Веста, це означало в першу чергу зібрати якомога більше міських даних, стільки скільки можливо. Разом з Луїсом Бетанкуром, іншим фізиком-теоретиком, і командою розрізнених дослідників, Вест почав шукати в бібліотеках та урядових веб-сайтах якомога більше статистичних даних. Вчені використали великі файли з Бюро перепису населення, дізналися про тонкощі інфраструктури німецьких міст та придбали товсті і дорогі альманахи провінційних міст Китаю (на жаль, книги була на діалекті китайського). Вони вивчили приголомшуючу кількість змінних: загальну довжину електричних дротів у Франкфурті, кількість випускників ВНЗ у Бойсі. Вони накопичили статистику по АЗС та особистим доходам, спалахи грипу і вбивств, кав'ярні та швидкість пішоходів.

Після двох років аналізу, Вест та Бетанкур виявили, що всі ці міські змінні можуть бути описані кількома вишукано простими рівняннями. Наприклад, якщо знати населення міської зони у конкретній країні, можна оцінити - приблизно з 85 відсотками точності, середній дохід його жителів та розміри каналізаційної системи. Ці закони, за їх твердженням, автоматично виникають всякий раз, коли люди живуть разом, трамбуючи себе у багатоквартирні будинки та вагони метро. Не має значення, чи це Манхеттен, чи це Манхеттен зі штату Канзас: правило залишається тим же.

"Ми виявили, є константи, які описують кожне місто", говорить він. "Я можу взяти ці закони і на їх основі зробити точні прогнози щодо кількості випадків насильства або площі дорожного полотна у японському місті з 200.000 чоловік. Я нічого не знаю про це місто та нічого не знаю з його історії, але я можу розповісти вам про нього все. Причини цього, що насправді всі міста - однакові... Насправді, ми розуміємо що кожне місто - унікальне. Говорячи про міста, ми весь час говоримо про те, що їх відрізняє. Відрізняє від чогось спільного, однак ми хочемо дати відповідь на питання - що таке це спільне? "

Є щось глибоко дивне у тому щоб думати про міста в таких абстрактних термінах. Зрештою, ми зазвичай описуємо міста, як локальні сутності, визначені географією та історією. Однак Новий Орлеан - не просто загальне місце проживання 336 644 чоловік. Це і затоки, і "Катріна" і креольска кухня. Нью-Йорк не просто інше місто. Це колишній голландський пункт з хутряної торгівлі, центр фінансової індустрії і домашній стадіон для "Янкіз". І тим не менше, Вест наполягає, ці факти є лише деталями, цікавими анекдотами, які не здатні пояснити багато.

Єдиний спосіб по-справжньому зрозуміти місто, каже Вест, це побачити його глибинну структуру, патерни, які його визначають, що дозволить дати прогноз, чи буде місто квітнути, чи воно занепаде. Ми не можемо змусити наші міста працювати краще, поки ми не знаємо, як саме вони працюють. Вест каже, що він вже знає.

Великі міста найбільше схожі на слонів

Вест працював у різних областях, перш ніж перейти до великих міст. У 1997 року, менше ніж через п'ять років після того як відійшов від фізики високих енергій, він опублікував одну з найбільш спірних і впливових робіт у сучасній біології. (Дослідження було процитовано в наступних дослідженнях більше ніж 1500 разів.) Вест і його співавтори стверджують, що вони вирішили питання, яке лежить в основі усього біологічного різноманіття. Вони показали, як найбільш важливі параметри тварин - частота серцевих скорочень, розмір, потреба в калоріях - взаємопов'язані між собою.

Математичні рівняння, що розробили Вест і його колеги, були розвитком робіт Макса Клейбера. На початку 1930-х, коли Клейбер займався біологією в університеті Каліфорнії в Девісі, він зауважив, що дуже велика кількість тварин можуть бути описані за допомогою простого математичного співвідношення, в якому швидкість метаболізму істоти дорівнює його масі, в ступені 3/4. Звідси виходить, що більшим тваринам потрібно менше енергії на одиницю ваги. Наприклад, у той час як слон у 10 000 разів більше морської свинки, він потребує лише тільки в 1000 разів більше енергії. Інші вчені незабаром виявили понад 70 схожих законів, які мають загальну назву "сублінейних" рівнянь. Не важливо, як тварина виглядає або де вона живе і як розвивалася - формула працює майже завжди.

Вест припустив, що ці дивні закони викликані нашою внутрішньою інфраструктурою - тими "водопроводами" у тілі, які роблять життя можливим. Перекладаючи ці біологічні конструкції на математичну мову, Вест і його співавтори змогли пояснити існування законів Клейбера. "Я не можу вам передати, наскільки це мені подобається," - каже Вест. "Іноді я дивлюся на природу, і мені здається, що все підходить під мою гіпотезу. Це чудове, нарцисичне відчуття. "

Не кожен біолог так само вірить у його гіпотезу. Насправді, стаття Веста викликала також і шквал спростувань - інші дослідники знаходили різні види, що порушують закон Клейбера. У зв'язку з цим, Вест ледь приховує своє роздратування, він розглядає це як дрібні зачіпки: "Завжди знайдуться люди, які скажуть: 'а як щодо раків? Ну і що? Кожен основний закон має виключення. Але вам все одно потрібен якийсь спільний закон, інакше у вас залишаться лише спостереження, які не мають сенсу. А це ще не наука. Це все одно що просто робити нотатки. " Для Весту, суперечки з приводу деталей ракоподібних були вірною ознакою, що настав час рухатися далі. І тому у 2002 році він почав серйозно думати про міста.

Для Веста, відповідність була очевидною: він дивився на метрополію, як на організм, що росте, і цей ріст так само визначається інфраструктурою (бульвар, як кровоносна судина, провулок - капіляр, тощо). Це означає, що реальна мета міст, і причина,чому вони продовжують рости - їх здатність створювати значні ефекти економії на масштабі, так само, як це роблять великі тварини. Після аналізу перших наборів даних міст - фізики почали з інфраструктури та статистики споживання - вони прийшли до висновку, що сучасні міста дуже схожі на слонів. Місто за містом підтверджувало, що показники їх "обміну речовин", такі як число заправних станцій або загальна площа доріг, керуються правилом - для того щоб місто подвоїлося в розмірі, потрібне збільшення інфраструктурних ресурсів лише на 85 відсотків.

Це просте спостереження надає ряд несподіваних висновків. Наприклад, схоже що саме сучасні міста є реальними центрами "сталого розвитку". Згідно з даними, люди, які живуть в густонаселених місцях, вимагають менше тепла в зимовий час і менше кілометрів асфальту на душу населення. (Недавній аналіз економістами Гарвардського і Каліфорнійського університету показав, що середній житель Манхаттана щорічно викидає на 6.5 тон менше вуглекислого газу, ніж той хто-то живе у передмістях Нью-Йорку.) Малі громади можуть виглядати зеленими, але вони споживають непропорційно багато ресурсів. У результаті, Вест стверджує: для створення більш сталого суспільства потрібно більше мегаполісів.

"Ніхто не переїздить у Нью-Йорк, щоб заощадити гроші на рахунках за газ."

Однак місто - це не просто "скромний слон"; біологічні рівняння не можуть повністю пояснити зростання міських районів. Хоча перші поселення в Месопотамії, можливо, допомагали людям зберегти дефіцитні ресурси - іригаційні мережі означали більше води для кожного - концепція великого міста поширювалася із зовсім інших причин. "Озираючись назад визнаю, я був дуже дурним," каже Вест. Він був настільки захоплений паралелями між містами і живими організмами, що "не приділив достатньої уваги, у який спосіб міські райони і організми є принципово відмінними".

Що Бетанкур і Вест не були в змозі оцінити, принаймні на початку - те, що привабливість сучасних міст має мало спільного з їх енерго-ефективністю. "Ніхто не переїздить у Нью-Йорк, щоб заощадити гроші на рахунках за газ." Чому ж тоді ми миримося з недоліками міста? Чому ми приймаємо недостатню кількість шкіл, завищену квартплатню, клопів і великий трафік?

Суть їх висновку зводиться до наступного: міста є цінними, оскільки вони сприяють людській взаємодії, людям втиснутим у кілька квадратних кілометрів, краще обмінюватися ідеями та розпочинати співпрацю. "Якщо ви запитаєте у людей, чому вони переїжджають до міста, вони завжди дають однакові причини," каже Вест. "Ми приїхали, щоб отримати роботу, або воз'єднатися з друзями, або щоб бути "у центрі сцени". Ось чому ми готові платити високу орендну плату. Міста повністю складаються з людей, а не з інфраструктури. "

Саме коли Вест перейшов від інфраструктури до людей, тоді він використав роботи Джейн Джекобс, міської активістки і авторки книги "Життя і смерть великого американського міста". Джекобс була запеклою прихильницею збереження малих сусідських просторів. Вони полегшують вільний потік інформації між міськими жителями.

Щоб проілюструвати свою точку зору, Джекобс навела приклад Гудзон-стріт в Нью-Йорку. Вона порівняла переповнені тротуари з спонтанним "балетом", заповненим людьми з різних верств суспільства. Школярі йдуть на заняття, домогосподарки - пліткувати, бізнес-ланчовики повертаються назад в офіс. Хоча міські планувальники вже давно презирливо ставляться до таких місць, через їх неефективність - ось чому Роберт Мозес, ідеолог будівництва у Нью-Йорку, пропонував побудувати вісім смуг піднятого над Сохо і Віледжем шосе. Натомість, Джекобс наполягає, що ці випадкові обміни мають дуже важливе значення. Вона бачить місто не як масу будинків, але, швидше як оболонку для відкритих просторів, в яких люди взаємодіють з іншими людьми. Місто - це не лінія на горизонті, це танець.

Далі буде ...

наука місто суспільство