Масштаб. Универсальные законы роста, инноваций, устойчивости и темпов жизни организмов, городов, экономических систем и компаний

Оглавление

Джеффри Уэст. Масштаб. Универсальные законы роста, инноваций, устойчивости и темпов жизни организмов, городов, экономических систем и компаний

Глава 1. Общая картина

1. Введение, обзор и краткое изложение

2. Мы живем в экспоненциально растущем урбанизированном социально-экономическом мире

3. Вопрос жизни и смерти

4. Энергия, метаболизм и энтропия

5. Размер все-таки важен: масштабирование и нелинейное поведение

6. Масштабирование и сложность: возникновение, самоорганизация и жизнестойкость

7. сами себе сети: рост от клеток до китов

8. Города и глобальная устойчивость: инновации и циклы сингулярностей

9. Компании и предприятия

Глава 2. Мера всех вещей

Введение в масштабирование

1. От Годзиллы до Галилея

2. Ошибочные выводы и недоразумения с масштабами: Супермен

3. Порядки величины, логарифмы, землетрясения и шкала Рихтера

4. Тяжелая атлетика и проверка Галилея

5. Индивидуальные результаты и отклонения от масштабирования: самый сильный человек на свете

6. Другие ошибочные выводы и недоразумения с масштабами: дозировка ЛСД для слонов и тайленола для младенцев

7. ИМТ, Кетле, средний человек и социальная физика

8. Инновации и ограничения роста

9. «Грейт Истерн», ширококолейные железные дороги и удивительный Изамбард Кингдом Брюнель

10. Уильям Фруд и истоки теории моделирования

11. Сходство и подобие: безразмерные и масштабно-инвариантные числа

Глава 3. Простота, единство и сложность жизни

1. От кварков и струн до клеток и китов

2. Уровень метаболизма и естественный отбор

3. Простота в основе сложности: закон Клайбера, самоподобие и экономия на масштабе

4. Всеобщность и магическое число 4, управляющее жизнью

5. Энергия, эмерджентные законы и иерархия жизни

6. Сети и происхождение степенного аллометрического масштабирования с четвертными показателями

7. Физика и биология: природа теорий, моделей и объяснений

8. Сетевые принципы и истоки аллометрического масштабирования

I. Заполнение пространства

II. Неизменность концевых модулей

III. Оптимизация

9. Метаболизм и системы циркуляции млекопитающих, деревьев и других растений

10. Отступление о Николе Тесле, согласовании импедансов и переменном и постоянном токе

11. Возвращаясь к метаболизму, сердцебиению и кровообращению[59]

12. Самоподобие и происхождение магического числа 4

13. Фракталы: загадка удлиняющихся границ

Глава 4. Четвертое измерение жизни

1. Четвертое измерение жизни

2. Почему не бывает млекопитающих, маленьких как муравьи?

3. А почему не бывает млекопитающих, огромных как Годзилла?

4. Рост

5. Глобальное потепление, экспоненциальное масштабирование температуры и метаболическая теория экологии

6. Старение и смертность

I. Ночные мысли в час волка

II. Рассвет и возвращение к свету

III. Дневной свет

IV. К численной теории старения и смерти

V. Проверки, предсказания и следствия: увеличение продолжительности жизни

Глава 5. От антропоцена к урбаноцену. Планета, на которой господствуют города

1. Жизнь в экспоненциально расширяющейся Вселенной

2. Города, урбанизация и глобальная устойчивость

3. Отступление: что же такое экспоненциальный рост? Несколько поучительных историй

4. Расцвет промышленного города и РОСТ его тревог

5. Мальтус, неомальтузианцы и поклонники великой инновации

6. Все дело в энергии!

Глава 6. Прелюдия к теории городов

1. Города и компании – это просто огромные организмы?

2. Святая Джейн и драконы

3. Отступление: личные впечатления от города-сада и нового города

4. Промежуточные итоги и выводы

Глава 7. К созданию научной теории городов

1. Масштабирование городов

2. Города и социальные сети

3. Что это за сети?

4. Города: кристаллы или фракталы?

5. Город как великий социальный инкубатор

6. Сколько у вас на самом деле близких друзей? Данбар и его числа

7. Слова и города

8. Фрактальный город: интеграция социального и физического

Глава 8. Следствия и предсказания

От мобильности и темпов жизни до социальных связей, многообразия, метаболизма и роста

1. Возрастающий темп жизни

2. Жизнь на ускоряющейся беговой дорожке: город как невероятная машина для сжатия времени

3. Время на дорогу и размеры городов

4. Растущая скорость ходьбы

5. Вы тут не один: мобильные телефоны как детекторы человеческого поведения

6. Проверка теории: социальные связи в городах

7. Удивительно регулярная структура перемещений в городах

8. Перевыполнение и недовыполнение

9. Структура богатства, инноваций, преступности и жизнеспособности: индивидуальность и рейтинги городов

10. Прелюдия к экологической устойчивости: краткое отступление о воде

11. Социально-экономическое многообразие коммерческой деятельности в городах

12. Рост и метаболизм городов

Глава 9. К созданию научной теории компаний

1. Walmart как увеличенная скобяная лавка

2. Миф о неограниченном росте

3. Удивительная простота смертности компаний

4. Requiescant in pace[163]

5. Почему компании умирают, а города – нет

Глава 10. Перспективы теории Великого объединения устойчивости

Ускоряющиеся беговые дорожки, циклы инноваций и сингулярности конечного времени

Послесловие

1. Наука для XXI века

2. Междисциплинарность, сложные системы и Институт Санта-Фе

3. Большие данные: парадигма 4.0 или только 3.1?

Постскриптум и выражение благодарности

Отрывок из книги

Жизнь с ее необычайным разнообразием форм, функций и моделей поведения, существующим в огромном диапазоне масштабов, – это, вероятно, самое сложное и многообразное явление во Вселенной. Например, на нашей планете существует, по оценкам, более восьми миллионов разных биологических видов[1], от мельчайших бактерий, весящих менее одной триллионной грамма, до самого крупного животного, синего кита, весящего до ста миллионов граммов. В тропических лесах Бразилии на участке размером с футбольное поле можно найти более ста разных видов деревьев и миллионы насекомых, принадлежащих к тысячам разных видов. Что же говорить о потрясающих различиях в том, как представители всех этих видов проживают свою жизнь, как происходит зачатие, рождение, воспроизводство и смерть каждого из них. Многие бактерии живут всего лишь час, и на обеспечение их существования требуется не более одной десятитриллионной части ватта, а киты могут прожить более столетия, и уровень их метаболизма (обмена веществ) составляет несколько сот ватт[2]. К этому необычайному богатству разнообразия биологической жизни следует добавить удивительную сложность и многообразие жизни социальной, созданной на планете человеком, особенно в виде городов и тех поразительных явлений, которые в них существуют, от торговли и архитектуры до культурного многообразия и неисчислимых скрытых радостей и горестей жизни каждого из их обитателей.

Если сравнить все это замысловатое богатство с чрезвычайной простотой и упорядоченностью движения планет вокруг Солнца или механической регулярностью поведения часов или мобильного телефона, естественно задуматься: а может быть, существует какой-либо аналогичный тайный порядок, лежащий в основе всей этой сложности и многообразия? Не может ли быть так, что все организмы, да и вообще все сложные системы, от растений и животных до городов и компаний, подчиняются одним и тем же немногочисленным и простым правилам? Или же все драмы, которые разыгрываются в лесах, саваннах и городах всего мира, могут быть простой последовательностью случайных событий, произвольной и непредсказуемой? Учитывая вероятностную природу процесса эволюции, породившего все это многообразие, появление каких-либо закономерностей или систематических черт поведения кажется маловероятным и противоречащим здравому смыслу. В конце концов, каждый из множества организмов, составляющих биосферу, каждая биосистема, каждый орган, каждый тип клеток, каждый геном образовались в процессе естественного отбора в своей собственной уникальной экологической нише, в результате своей собственной уникальной истории.

.....

Важный пример нелинейного масштабирования можно найти в биологии, если рассмотреть количество пищи и энергии, ежедневно потребляемых животными (в том числе и нами) для выживания. Как ни странно, животному, большему другого в два раза и, следовательно, состоящему приблизительно из удвоенного числа клеток, ежедневно требуется пищи и энергии всего на 75 % больше, а не на 100 %, как можно было бы заключить из наивной линейной экстраполяции. Например, женщине, весящей 54 кг, для простого выживания без какой-либо деятельности или выполнения каких-либо задач требуется в среднем около 1300 пищевых калорий в сутки. Биологи и врачи называют эту величину основным обменом, в отличие от активного метаболизма, который включает в себя всю связанную с жизнью суточную активность. В то же время ее собаке, крупному бобтейлу, который весит в два раза меньше хозяйки (27 кг) и, следовательно, имеет приблизительно в два раза меньше клеток, казалось бы, нужно для выживания в два раза меньше пищевой энергии, то есть около 650 пищевых калорий. На самом же деле такой собаке требуется около 880 пищевых калорий в сутки.

Хотя собака – это не уменьшенная женщина, этот пример является частным случаем общего правила масштабирования метаболизма в зависимости от размеров. Оно действует для всего спектра млекопитающих, от мельчайших землероек весом всего несколько граммов до гигантских синих китов, весящих в сотни миллионов раз больше. Фундаментальное следствие из этого правила состоит в том, что более крупное животное (в этом примере – женщина) имеет больший удельный коэффициент полезного действия на грамм массы, чем животное меньшего размера (ее собака), так как для поддержки существования каждого грамма его тела требуется меньше энергии (приблизительно на 25 %). К слову, у ее лошади этот КПД будет выше. Такое систематическое повышение производительности с увеличением размера известно под названием экономии на масштабе. В самых общих чертах этот принцип гласит, что чем больше размер, тем меньше ресурсов на душу населения (или, в случае животных, на клетку или на грамм массы тела) требуется для выживания. Отметим, что такое поведение противоположно случаю увеличенной отдачи от масштаба, которая проявлялась в ВВП городов: если там подушная величина возрастала с увеличением размеров, то в случае экономии на масштабе подушная величина становится тем меньше, чем больше размер. Такое масштабирование называют сублинейным масштабированием.

.....