杰弗里·韦斯特：复杂世界中的简单法则

我们身处高度复杂的时代。说到复杂性，圣塔菲研究所被视为世界复杂性问题研究的中枢。它由诺贝尔物理学奖得主默里· 盖尔曼、诺贝尔经济学奖得主肯尼斯·阿罗、诺贝尔物理学奖得主菲利普·安德逊等人共同成立。

圣塔菲研究所前所长杰弗里·韦斯特（Geoffrey West）教授潜心研究数十年，经过反复试验和求证，完善了解构复杂世界的简单逻辑，提出了“规模法则”。在韦斯特眼中，规模法则阐明了从生命体到城市、从经济体到公司的生长与衰败都离不开自身规模的制约，并与其规模呈一定比例关系，遵守统一的公式。他在新书《规模：复杂世界的简单法则》中试图把生物、经济、城市发展等各方面的现象都纳入统一的系统动力学理论框架中，用基础代谢率、网络效应等来解释复杂系统的共同现象。适逢韦斯特教授来华，《中欧商业评论》专访了这位年近八旬的长者，请他分享“规模之道”。

规模：从生物界到城市与公司

《中欧商业评论》（以下简称CBR）：作为顶级理论物理学家，是什么样的原因促使您从物理学转向生物学研究，并且将目光放在公司与城市？

杰弗里·韦斯特：在我大半生的工作经历中，我是一名物理学家，致力于发现和研究物理学中基础理论性的问题，比如量子物理学、弦理论、暗物质等。1990年前后，粒子加速器（超导超大型加速器）在得克萨斯州建成，我也适逢其会。但这个项目被取消了。当时大家就在讨论，21世纪将是生物学的天下，就如同物理学统治了19世纪和20世纪一样。考虑到生物学是少数还没有能够完全进行定量研究的领域之一，我认为物理学和生物学进行合作是一个方向。

与此同时，还有另外一件事开始让我思考。那时我五十多岁，开始明显意识到自己身上时间的流逝。我家族中的男性很难长寿，我自己对于能活多久这件事一直有些忧虑。一个很有趣的思考是，到底什么是“变老”，而人又为什么终究难逃一死。人类一般很难活过100岁——而老鼠，一般来说只有两三岁。这是为什么呢？

当我涉足生物学，我发现很多书都在讨论这个问题。令人欣喜的是，这其实关系着所有的生命体，变老和死亡是一个很重要的研究方向。当你问“为什么生命会老会死”这个问题时，你首先要了解：“是什么令生物活着”以及“是什么导致生命活着时就出了问题”。是新陈代谢过程支持生命“活着”的状态，于是我就开始学习新陈代谢，之后我就接触到了一个之前被提出过的概念：规模法则。然而规模法则并没有什么具体解释，这令我感到更加兴奋。我找到了新的研究方向。

说回到新陈代谢研究，我关心数学以及物理学意义上的网络系统，它们让生命保持活力，比如神经网络、内分泌系统网络、细胞内的结构系统等。非常自然地，这样的问题也可以扩展到公司以及城市上，因为我们的公司和城市也同样具有网络系统，人们经常使用“器官”这样的词汇来比喻和描述公司和城市。于是我们也会对公司和城市问出这样一个问题，“它们也会成长和消亡吗？有什么规律？” 这也是我从事现在研究的动力来源之一。

CBR：凯文·凯利在中国很受欢迎，他有一本有名的书叫《失控》，里面谈到了生物学网络和社会化网络之间的关联。而在您的书中，可以看到很多翔实的数据支撑。您可以谈谈您的规模法则吗？

韦斯特：凯文和我很熟。说起来，他的“网络关联”的想法应该是从我这儿获得的启发。也正因为此，我们经常聊天讨论。

先让我们来说说规模法则是什么。首先介绍一下新陈代谢率，它是指能提供一天所有活动的总能量（人大概每天需要200卡路里）。在用对数相对于体重绘制时，新陈代谢率以人们可以想象到的最简单的方式随着体重的变化而按比例变化，它成了一条直线，表明了简单的幂律规模法则关系（如图1）。

早在1932年，生物学家克莱伯就已经提出，体重每增长至原来的4个数量级的倍数（横轴），代谢率仅增长至原来的3个数量级的倍数（纵轴）。直线的斜率为3/4，这就是克莱伯定律中的著名指数。如果按单纯的线性推理，体形两倍的动物，所需能量也需要两倍。但在规模法则下，体形两倍，能量只会增长75%，换言之，每增加一倍体积，就会节省25%的能量需求。20世纪80年代，主流生物学家得出一致结论：1/4次幂规模法则是生物学的普遍特征。

生物一开始生长速度会非常快，然后在某一个阶段的时候生长速度变缓了，大部分的生命时间停留在一个相对稳定的状态。每次体积增长一倍，所需的能量并不是原来的两倍，而是原来的1.75倍。如果体积越大，增长就越有效率，也就是一个相对“经济”的规模。这个“规模”，在某种程度上，是一种“亚线性规模缩放”，也就是幂次小于1的规模缩放。意思是，体积变为两倍，但增加一单位体积所相应需要增加的能量比一单位小。这是生物体生长到一定规模之后会停止生长的根本原因。

这一研究对可持续发展来说至关重要，它甚至也适用于儿童药物剂量是否安全这样小而切身的问题。如果需要通过表面积吸收的药物增加一倍，那么剂量增速应该小于2，大概1.6或者1.7比较合适。遗憾的是，人们甚至很多药厂对此还不够了解，导致很多人尤其是儿童，往往服用过量的药物。过去还曾发生过科学家给大象打致幻剂做测试，根据猫咪的体重想当然地乘倍数给大象注射，结果造成大象死亡的惨剧。

当我们去研究公司时，会发现它的很多关键指标都像生物体一样呈亚线性比例变化。它的规模缩放指数约为0.9，这意味着公司在成立期往往迅速增长，在成熟后逐渐停止增长并消亡，也就是破产或者被别人并购。

CBR：说到您关注的网络结构，它有哪些特点？又给我们哪些启发？

韦斯特：首先，网络结构是分级的，这有助于進行空间填充。每个终端都是网络的最小单位。同样，城市也依存于不同的网络结构中，自来水系统、电力系统、网络系统都通过线路通向每一个房间。对公司来说，网络最终的节点可以看做是一个个员工，员工之间根据分工不同形成了不同等级的网络结构。

其次，就如同细胞的终端单元是基本一致的，城市中被送达到每一个小格子里的单位内容大概相同。此外，城市就是人，从这种角度来说，城市也大致相同。

最后，网络同时发生一些有机反应过程。无论是自然界还是公司、城市，都是为了让有机反应过程具有最优结果。比如血液系统，心脏需要给身体的每个部位运送血液，从而给每个细胞运送提供最低限度的营养，使细胞对营养的利用最大化。网络结构会促使最优化的数学规则出现。

那么城市社会网络中被优化的因素是什么呢？城市的结构和动力学在不断变化，往往通过个体之间连接性的最优化来实现社会资本的最大化。或许可以说，我们所有人都参与的社会经济机器主要是由“贪婪”所驱动的，这种“贪婪”是“欲望”这一理念的真正内涵。甘地曾经说过：地球能满足人类的需要，但满足不了人类的贪婪。这里理解“贪婪”，也要看到其积极的一面。无论是体育、商业，还是学术领域，获得成功的欲望——跑得最快，成为最具创造力的公司，提出最具影响力和洞察力的观点——一直都是主要的基础性社会动力。与此同时，进化出利他和慈善行为并将之融入社会政治结构，我们一方面可以免受欲壑难填之苦，同时也驯服了猖獗的物质贪欲。

增长时钟清零，避免人类走向崩溃

CBR：用规模法则去看待城市，我们会有什么发现？

韦斯特：当我们说起城市，我们会关注它的规模。城市的规模和它所提供的资源成正比，并且城市越大，城市资源就越多。城市中的网络结构，并不仅仅指现实中的道路网或者电力网等，更多也更重要的是社交网络。

值得注意的是，社交网络是一个有正向回复的动态结构。说得通俗点，我们彼此交流，于是互相有了联系，有时会一起产生新想法。正是这样的过程，促成了谷歌、阿里巴巴、微软等企业的产生。

而这些，就是我说的超线性增长行为，也就是幂次大于1的规模缩放。对城市来说，增长速率的差值不再是25%，而是15%。也就是說，城市规模扩大一倍，就会带来15%的系统性结余。对比5万人的小城市和500万人的大都市时，这会带来很大的影响。举个例子，为了服务100倍于原来的人口规模，只需50倍于原来的加油站数量。再如，一座1 000万人口的大城市与两个500万人口的城市相比，需要的基础设施数量要少15%，这不仅与经济相关，带来的排放和污染也将大幅减少。令人惊叹的是，这一规律可以应用于所有包含社交的领域，因为所有的社交网络在根本结构上是一致的。

在基础设施方面，城市的表现就像生物体。它们遵守简单的幂律，按亚线性比例变化，表现出系统性的规模经济，只是指数的数值略有不同。生物体是0.75，城市则是0.85。总的来说，城市规模的加大，将带来人均社会互动的增加，好处是沟通成本也降低。

如今全球几乎每一周都会有100万人进入城市，城市化发展的速度在不断加快。如果你没有意识到藏在城市后面的规模法则，那么你在做改变的时候，就会违反规则，这意味着你会制造很多麻烦。比如人们并不享受居住在新城里，因为有种被排斥的感觉。等规模法则起作用需要时间，比如华盛顿就用了超过一百年才从新城成长为宜居城市。所以做城市规划的时候需要学习城市科学。

CBR：城市发展的前景怎么样？

韦斯特：对城市来说，它摄入的能量是社会活力，它会分配、保持和更新。比如保持建筑，保持道路，保持人口，更新技术，更新建筑，等等。结果就是我们有了一个超线性增长的行为，这意味着城市的整体速率逐渐加快，直到到达一个程度，停止增长。此理论本身是逻辑自洽的，正是因为社会行为的正向反馈机制，城市的网络结构造成了城市的超线性增长。

只从理论出发的话，无懈可击。但这样的内容却导致了一个非常糟糕的结果。

假如我们从生物的角度来看，亚线性增长的网络结构会产生这样的结果，生命个体越大，生命节奏越慢，大象的心跳比人类慢很多，而人类的心跳又比老鼠慢很多。我们可以看做生命时间随着体形的增大而被拉长了。而在超线性增长中正好相反，事物肉眼可见地随着时间的推移，拥有更高的生长速率。对于城市来说，越是大城市越是明显，比如说北京和上海现在的发展速度比它们在20世纪50年代时的发展速度就快很多，甚至行人的步伐都越来越快，而这些都是因为社交网络在结构上的正向反馈机制造成的。事情的发展速率越来越快，这是问题之一。

另一个更严峻的问题，在数学模型上叫做“有限时间奇点”。有限时间的意思是，总有一天——也许十年也许一百年——我们的生长达到了一个程度，就会崩溃。我们就在那个“有限时间奇点”走向崩溃。

CBR：那人类要怎么做才能避免被滚落得越来越快的巨石压死？

韦斯特：我们必须要避免崩溃。怎么办呢？由于我们现在的发展适应某个模型，为了避免崩溃，我们就应该打破这个模型。历史上我们就曾经这样做，比如第一次工业革命、第二次工业革命、第三次工业革命都给生产力带来了极大的增长。所以为了避免到达那个增长的顶点而后走向崩溃，我们需要在到达顶点值之前就发生一个模型上的迁移，也就是说，我们必须要有一个跨时代的发明进步，让我们重新可以进入一个增长模型，重新计算增长速率。

也就是说，把我们增长的时钟清零，重新计时。

我们发明了机器，第一次清零时钟；我们发明了计算机，又一次清零时钟；如今我们需要新的技术——也许是AI技术或者别的什么，目前我们还不确定。但有一点是确定的，我们必须更快地做出改变。过去我们需要几百年来达到一个跨越式的进步，而现在我们只需要五六十年，将来我们可能只用十年、五年、六个月，甚至更短。这非常疯狂，相当于每一年都要发生类似的IT革命。

从根本上说，目前是一个不可持续的社会发展模型。很像是你问题中的那个推着石头上山的比喻，那个非常有名的希腊神话，西西弗斯他必须一直推着石头上山，石头会从山上滚下来，他还需要继续把石头推上去，他一辈子都要做这个事情，神祇说这是对他做错事的惩罚。人类正像西西弗斯，我们一生都要做这样的事情。不一样的是，我们比西西弗斯更艰难，因为我们必须做得越来越快。我们总有一天会做不到。所以当务之急是人类必须跳出这个圈子，寻求别的发展方式。但这是一个非常难以回答的问题，而且没有标准答案。

科学技术发明层出不穷，比如蒸汽机、传真机、电话、电脑等。或许经济学家会说，“我们只要保持发明创造就可以了”。而我认为，这样的行为只是适应了问题，并没有解决问题。因为你并没有正面解决我们发展速度越来越快的这个问题。所以我们必须跳出来，必须先暂时把发明创造和科学技术的联系斩断，一起来思考一下社会的改变，文化的改变。比如说，手机似近实远地拉开了人们的距离，我的关注点则在社交网络上，必须在社交网络上做一些革命性的改革。要在最原始的关注点上改变，人类要更加关爱彼此。

我在寻找答案的路上。方向是肯定的，我们要和自己和谐共处，也要和世界和谐共处。

CBR：有人觉得，随着全球变暖，海平面升高，上海这座城市也会危在旦夕，您能对这些问题作出一些解答吗？

韦斯特：我非常失望，因为环境学家或气候学家并没有做好对公众的解释工作，为什么如此微小的气温变化如此重要。

要知道，我们的社会和经济生活在以指数级速度不断扩张，最明顯的就是过去200多年来人口数量的巨大增长。如今我们首次通过提高代谢率将人类特征从显著的生物特性转变为显著的社会特性，已经进入到以城市的快速增长为特点的时代。随着社会共同体和城市化的到来，人类进化成了一种“新东西”，每个人消耗的社会新陈代谢的能量相当于12头大象消耗的能量，寿命翻了一番，生育水平有所下降。与此同时，化石燃料的消耗量大规模的增长，产生了气候变化的问题。

从基础化学角度来说，反应温度增加2摄氏度，是一个很大的区别。生物学的基础是新陈代谢，而新陈代谢从根本上来说是一系列生化反应。温度决定了化学反应的活跃程度，温度越高，反应活性越高，并且反应活性随着温度的升高呈指数增长。新陈代谢速率的指数上升带来生长速率的指数上升，生长速率的指数上升带来所有事物的指数上升。化学反应中的温度上升2摄氏度左右，全球生物的生命速率都将加快20%～30%。小小的平均温度增加，会带来其他所有的巨幅变化。从前温度变化所花的时间是成千上万年，地球有足够长的时间去调整适应。但同样的变化发生在几年之间，我们就无法适应，这就造成了混乱。

CBR：关于能源的认识对企业家有什么启发？

韦斯特：从科学角度而言，工业革命的真正革命性特点正是从开放系统到封闭系统的巨大转变，前者主要由太阳在外部提供能量，后者则是由化石燃料在内部提供能量。虽然能源概念没有跻身主流经济学界，但我觉得可以给我们全球能源可持续发展的长期战略带来启发。

大多数能源需求由太阳直接供给，所以我们要做的是保持并扩大目前所能获得的太阳能总量。我们亟须开发能够让我们从太阳能中获得负担得起的大量能源技术，主要来自太阳的直接辐射，同时也间接地来自风、潮汐等自然界的波动。这是企业领导者基于企业家精神、自由市场机制和政府激励措施找到全球能源可持续发展未来的重要机会。

著名经济学家约瑟夫·熊彼特说过：所有成功的人都是建立在他们脚下的废墟之上。如今可持续发展问题日渐严峻，我觉得有必要开展我所倡议的“全球性活动”，让所有人包括政治家、企业家和科学家都来思考这个问题。人类有了城市，有了取得的巨大进展后，我们和自然割裂了。现在必须找到方法，做出巨大改变，让我们和自然重新和谐相处。