为什么人类每天需要的睡眠时间是相对固定的八小时?为什么除了人类,其他动物在十五亿次心跳之后就会死亡?为什么生命会有终结?为什么交通再便捷,我们花费在上班路上的平均时长依然会保持在一个相对稳定的时间数?为什么大多数公司都只会存活几年,而城市的扩张却从未停止?
这些司空见惯的现象和五花八门的疑问,也许都曾经在你的脑海里突然闪现而过。这些答案可能是各式各样的,然而,这些答案的背后都有着极其相似的形成方式,今天就让我们一起解读,世界顶级物理学家杰弗里韦斯特的最新著作《规模:复杂世界的简单法则》,看看这些现象背后的相似运作方式。
首先,我们看看韦斯特的相似法则到底指的是什么?
研究发现,从生物体的寿命的变化到一个公司的成长,再到一个城市的发展,都遵循着一些相似的系统性规律。
于是,韦斯特提出了一个规模法则的概念,认为这个定律可以解释从植物到人类、从公司到城市的各种事物的发展过程。
我们都听说过规模经济这一概念。
也就是说,经济的规模扩大产量增加后,产量的平均成本会降低,这是一个人类活动领域的规律,放到自然界是否也一样适用呢?
韦斯特则是反推这个思考的过程,认为在动物界,动物的体型越大,效率越高。城市跟动物类似,城市越大,效率越高。
那城市的规模能不能无限扩大下去?他认为,维持城市扩大的是技术创新的速度。随着城市的扩大,对创新速度的要求越来越高,最终可能难以为继。
规模法则是决定城市和公司生与死的普遍定律。这个定律最根本的理念是,世间万物通常都不能按照简单的线性比例缩放,大多数是按照幂律的规律发展的。生物体几乎所有的生理特征都服从这一定律。
无论是基因组的长度,主动脉的长度,树的高度,生命的演化速度还是寿命。
我们用一组数据来进一步说明什么是规模法则。
有一种动物,如果说它的大小是另一种动物的两倍,但所需要的食物只是另一种动物的1.75倍,而不是2倍;又比如,一种体重磅的女性,每天不活动不工作的话,大约需要卡热量的食物,她的牧羊犬体重是她的一半儿,60磅,细胞数量也是她的一半儿,如果按照线性比率减少的话,这只狗只需要卡热量的食物。然而实际上,她的狗每天要卡热量的食物。再来看看第三个例子,如果你家有小孩使用的药片,不妨看看药剂说明书,大多数说明书上的药品剂量都是根据体重来定的。而这些剂量和体重的比率往往成正比。
虽然韦斯特不是医生,但是他认为这些药品的剂量是错误的,他将服用这些药物的代谢剂量纳入考量,认为剂量应该和体重的2/3次方成正比。
韦斯特保证,如果用规模法则来做推测,当你告诉一种动物的体型,他就能推断出它需要吃多少东西,心率是多少,多长时间能长大,能活多久,反之多少个后代。
那么生命体有没有可能永远生长壮大下去?并且实现永生呢?
韦斯特在书中也给出来自己的答案。按照规模法则,他认为这是不可能的。
在他看来,首先,生命体总是会停止生长,所有的哺乳动物和许多其他动物都有着同样的生长曲线,生物学家称之为有限生长,以区别于鱼类等非哺乳动物的无限生长。
但是,即使是无限生长的物种,在达到一个稳定的大小后,也会死掉。有限生长的物种到了一定阶段,即使继续吸收营养物质,生长也会停止。
这是因为这些物种代谢能量的供应,既要维持已有的细胞,又要用于创造新细胞。维持既有细胞所需的能量,跟既有细胞的数量成正比,但是供应能量的代谢率却是非线性的。
生物出生之后生长速度快,这是因为生物出生后几乎所有能量都用于生长了,很少被用于维持既有细胞。而生物成熟后,所有能量都被用于维持修复和替代既有细胞。
第二,他认为几乎所有东西最后都会死掉,永生并不符合规模法则的发展。韦斯特说,死亡在进化的过程中扮演着了一个核心的角色。
死亡会使新的适应、设计和创新得以出现和壮大。这样生物的后代才能遗传基因的全新组合,并最终通过自然选择新特点和新变化,来适应环境的变化,实现物种的多样性。
从这个角度来说,个体会死掉不仅是好事,而且非常关键。虽然他们本身不会因此而感到高兴,是否高兴,这是意识的过程,我们人类都知道自己会死掉,但是其他有机体没有背负这种有意识的智识。
无论是细菌、蚂蚁、杜鹃花还是三文鱼,它们都不在意,甚至不知道死亡。它们会活着然后死掉,参与到把基因传给后代的生存斗争中,玩着适者生存的游戏。
我们人类曾经也这样,但是过去几千年时间,人类在进化过程中逐渐形成了意识和良心,开始思考生命意义的探险,提出了道德,理性,灵魂,宇宙之神等概念。
我们接下来再举个有关汽车的例子,进一步说明生命体能否永生的问题。
出于各种社会经济学和技术上的原因,汽车演化到了至少可以开10万英里的水平。根据生产过程中的波动保养和维修的水平,有些汽车能够使用更长时间。实际上,只要持续的保养维修和更换零部件汽车就能使用相当长时间,人类如果调整好饮食结构,定期体检,偶尔更换一下身体的部件,也能在一定程度上延长自己的生命。
但我们不可能像保养汽车那样让自己的身体无限的坚持下去,因为汽车相对简单,而我们的身体是高度复杂的适应系统,不是简单的可以靠替换身体某些部分而达到永生。
作者韦斯特指出,死亡的本质是衰老而非疾病,而衰老的原因在于细胞受到损伤,这种损伤是终端毛细血管和细胞之间的模子,而遍布全身的毛细血管的损伤注定是全面的,人类不可能像汽车一样靠替换身体某个器官而使生命真正得到延长。
换句话来说,其实人类把所有疾病都打败了,把身体的一些老化器官替换了,人还是得死亡,人类的生命始终受到生命规律的制衡。
延长寿命的两大法则:饥寒交迫
维斯特根据规模法则分析了生物总是会停止生长并最终死亡的原因,于是他对症下药,提出两个方法来最大化延长寿命,使生命优质化,这两个方法可以概括为饥寒交迫。
这是什么意思呢?首先要寒冷。你需要降低自己周围的温度,让自己活在低温环境里,化学反应和温度有一个反比的指数关系,这个指数公式的宗旨就是温度越高,化学反应就越快,代谢率就越高。因此反过来说,降低温度就可以降低代谢率,按照韦斯特的这个结论,人活在气候比较冷的地方,平均寿命就会得到提升。著名的美国生物学家乔西米特尔多夫通过数据调查也证明了这个观点的合理性。
第二个办法是饥饿。就是吃的少一些,降低新陈代谢,进而降低细胞间的损伤概率,这种策略被称为卡路里节食法。美国病理学家罗伊沃尔福德在20世纪80年代以老鼠为对象做了一系列实验,证实了这个观点,退一步说,即使减少新陈代谢并不一定能使寿命延长,但韦斯特认为,几乎所有的研究都显示,这样做必定能够延缓衰老。
既然生命体按照规模法则必然会死去,那么参考生命体的特点来观察,企业和城市会一直发展下去吗?会出现什么样的问题?
其实韦斯特也认为,几乎所有企业最终都会消亡,但对于城市而言,只有极少数城市会消亡,它宛如一个以指数级速度不断扩张的宇宙。城市每一个指标都是相互关联的,它也能用规模法则来进行预测,当一个城市的大小增加一倍时,它的基础设施,比如加油站、道路和电线并不会等速增长,而是会比城市大小增加的速度慢一些,人和人之间的交互和合作效应会越来越明显,创造出更多的财富,这就解释了为什么大城市比小城市更有吸引力,不过相应的,污染、盗窃、传染病也会增加,根据大量数据的计算,得出这些负面影响的增长指数大概为15%。
由此可见,无论是生命体,还是企业与城市,它们的发展都逃脱不了自己的既定发展趋势,而规模法则的厉害之处在于,它依赖非常简单的数据变化,就能预测不同类别事物的命运,让我们能预见性的看到事物发展和即将面临的问题,并提前采取相应的措施,这个丰富多彩的复杂世界背后蕴含着普世的简单规律。
用规模法则这种可量化的预测理论和框架来了解世界的意义、事物的互相关系以及发展前景,是目前我们身处的这个大数据时代的本质需求。如果对事物运行背后的机制没有基本的思考和衡量标准,我们就容易浪费很多的精力和时间在不可靠的猜测上,这就是规模法则力图让我们避免的事情。