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城市科学开拓者——路易斯·贝当古(Luis Bettencourt)

城市真的像一个生物实体吗?
1904年一位叫做 Frank Lloyd Wright 的建筑师在一次演讲中曾将城市比做一个生命有机体。
 
Thousands of acres of cellular tissue, the city’s flesh, outspreads layer upon layer, enmeshed by an intricate network of veins and arteries radiating into the gloom, and in them, with muffled, persistent roar, circulating as the blood circulates in your veins, is the almost ceaseless beat of the activity to whose necessities it all conforms… 
 
来源:smithsonianmag.com
 
在这段非常哥特式的描述中,他认为城市拥有成千上万英亩的细胞组织,被错综复杂的动静脉网络覆盖,并且伴随着节奏。
      
 
仔细一想,似乎可以这样来进行类比,光纤电缆是神经,地铁隧道是厚的颈静脉,道路是动脉。城市中各种能量被分配,废物被排除。
 
城市真的像一个生物实体吗?
 
这个问题,在百年后的21世纪,圣塔菲研究所的科学家们取得了突破性的进展,并且开拓了一门叫做城市科学的新学科。他们发现,在许多方面,城市的行为就和生物一样,受到数学定律的支配,遵循着规模法则。
 
而在谈论到城市科学的时候,就不得不提一位著名学者,他就是路易斯·贝当古(Luis Bettencourt)。
       
路易斯·贝当古(Luis Bettencourt)
     
路易斯·贝当古,目前是芝加哥大学Mansueto城市创新研究所的主任,芝加哥大学生态学和进化学教授,圣塔菲研究所外聘教授。
 
贝当古是城市科学领域最早的“开拓者”,目前是这一领域全球最知名权威的专家之一,而接下来我将带大家走进这位学者与他的城市科学的故事。
 
从理论物理到城市科学
 
路易斯·贝当古在求学时接受过理论物理学的训练,以“为什么我们不用数据来验证”为座右铭。路易斯在葡萄牙出生,并接受教育,但是说着一口非常流利的英式英语。他在英国伦敦帝国理工大学攻读博士期间,主要研究早期宇宙的进化。 后又在海德堡大学,洛斯阿拉莫斯国家实验室和麻省理工学院做博士后工作,但基本上都是理论物理的范畴。
 
转变发生在2003年,当时他参加在圣塔菲研究所(SFI)举办的一个关于“模型”方法的讲习班。
       
 
这次会议的领头人杰弗里•韦斯特(Geoffrey West),一位从理论物理转向研究生物的学者(传送门:《规模》之父Geoffrey West——“诺贝尔跨学科奖”候选人),他的研究发现生物许多可以测量的特征,如新陈代谢和寿命,体型和重量等,受到相同的数学定律的支配。比如他发现将不同哺乳动物的心率和体积大小,取对数后放在同一坐标下,每个哺乳动物都会落在一条线上或者接近这条线。
 
 
这次会议中,韦斯特提出同样的原则可能在人类生活的城市中起作用。这引起了路易斯极大的兴趣,于是他加入到韦斯特的城市项目中。
 
开创:论文的诞生
 
这次在圣塔菲研究所的会议促成的合作,路易斯和他的合作者很快便产生了一篇具有开创性的论文——Growth, Innovation, Scaling, and the Pace of Life in Cities.
       
Growth, Innovation, Scaling, and the Pace of Life in Cities.
 
论文下载地址:
http://www.uvm.edu/pdodds/files/papers/others/2007/bettencourt2007ua.pdf
 
这可以说是一篇宣告「城市科学」诞生的论文。在密集的方程式和图表中,路易斯和他的合作者,提出了一个关于城市如何根据规模变化的理论。人们在一座城市中所做的事情——创造财富或者犯罪,都显示出与城市规模的关系。
 
这种关系被一个等式所阐述,在这个方程中,一个给定的参数(比如就业)会随着人口的增长而呈现出幂律级别的变化。某些情况下,这个系数会大于1,这意味着无论测量的是什么,都会比人口的增长速度更快。这种关系被描述为“超线性规模缩放”,适用于任何城市。比如,严重的犯罪和人口呈现1.16次幂关系,新专利的产生为1.27次幂,GDP在1.13-1.26之间,艾滋病病例为1.23。
这说明,一个城市规模越大,工资越高,GDP越高,犯罪案件越频发,艾滋病和流感病也会更多。这样的规模法则适用于世界各地不同规模的城市,无论其特定的历史,文化或者地理状况。
 
对这个规律解读的文章,可以看集智俱乐部的文章:1.15——推动城市罪恶与繁荣的奇妙数字 
 
新的城市思维——让世界更加美好
 
和很多其他科学家一样,路易斯的终极目标也在于希望自己的研究可以解决这个世界上存在问题。
 
一次采访中,路易斯表示:“这个数学模型只是第一步,科学从来不是一劳永逸的,对于我来说,这不是统一的城市理论,这是一个统一的规模理论,它解释了所有这些数字是如何随着人口规模变化。”
 
他认为,成功城市化的最大障碍是因为对城市缺乏了解。 因此,许多城市政策往往是不充分、短视和不可持续的。所以才会有现在许多后果,城市贫困增长,大规模污染和温室气体排放,不够安全等。
 
在他的一项工作中,他和他的团队致力于将这种新的城市思维方式,用于解决现在目前世界各地存在的问题。在未来的半个世纪中,预计发展中国家将有数十亿的人口进入城市,而他们中的许多人最终会沦落到贫民窟中。
         
路易斯及其团队与贫民窟国际组织合作,利用从开普敦、内罗毕和班加罗尔等城市的近7000个贫民窟收集的数据,希望与建立一个可以预测的模型,用来改善存在的问题,帮助有贫民窟的城市为其发展制定有效的政策。
 
例如:当每个人的厕所比例增加时,有多少贫民窟居民的健康状况得到改善,或者当居民可以乘坐公共交通工具时,家庭收入增加的数量。
       
 
“这就是数学所要做的——试图封装那些变得清晰的东西。"路易斯说, "这是一个非常重要的问题 -- 如何驱逐贫困问题。 我们需要找到一种清晰地看待问题的方法,尽可能清晰地思考。"
 
原文:“That’s what mathematics if for – trying to encapsulate things that become clear,” says Bettencourt. “This is such a loaded issue – the issue of poverty and issue of exclusion. We need to find a way to see clearly, to think as clearly as possibly.”
 
新的站点——芝加哥
 
2017年,路易斯被任命为芝加哥大学Mansueto 城市创新研究所的首任主任。
 
Mansueto 城市创新研究所是路易斯领导下成立的,目的是为了应对城市面临的挑战,促进创新和跨学科的学术,制定新的教育方案,并在地方、国家和国际各级发挥作用。
 
在采访中,路易斯表示:“在过去几年的发现中,我们了解到城市规模的普遍现象。但是经济增长的速度在不同的体系、国家之间、城市之间都有所不同。 我们不能很好地理解这种现象来预测变化的速度,并且引导着它朝着好的方向前进。 所以即使我们观察城市,想要去激励城市的发展,我们也不知道如何分辨其好坏。”
 
路易斯认为,在未来,城市的规划者需要是一名合格的科学家,这也是Mansueto 城市创新研究所成立的目的之一——创立一个可以给下一代城市规划学者和从业者提供严格的科学的培训地。并且,他们将提供足够的研究数据和工具,世界各地的的研究人员都可以访问这些数据和使用这些工具。
 
作者:张棋
编辑:孟婕
 
参考资料
路易斯·贝当古的采访视频:
https://www.youtube.com/watch?reload=9&v=0xyfc6kDof4
路易斯·贝当古的个人主页:
http://tuvalu.santafe.edu/~bettencourt/index/Home.html
 
参考编译自以下内容:
1.https://www.newscientist.com/article/mg19426051-400-ideas-the-lifeblood-of-cities/
2.http://txchnologist.com/post/41201839670/scientists-looking-to-solve-the-problem-of-slums
3.https://www.smithsonianmag.com/innovation/life-in-the-city-is-essentially-one-giant-math-problem-37759041/
4.https://www.santafe.edu/people/profile/luis-bettencourt
5.https://www.santafe.edu/research/projects/cities-scaling-sustainability
6.https://www.santafe.edu/news-center/news/luis-bettencourt-head-university-chicagos-mansueto-institute-urban-innovation
7.https://www.santafe.edu/research/projects/neighborhoods-slums-human-development
8.https://www.santafe.edu/news-center/news/cities-provide-paths-poverty-sustainability
 
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