2021年12月14日 星期二

規模的規律和祕密 傑弗里‧魏斯特 Geoffrey West


1. 就在二OO六年,全球超過一半的人口居住在城市。相較於一百年前,只有十五%;直到一九五O年,也才只有三O%。預測在二O五O以前,城市人口會超過七五%。

2.對我們人類,一天大約是二千卡的食物卡路里,這個數字相當於九十瓦,相當於一個標準白熾燈泡。

3.我們所做的每件事,發生在我們身邊的每一件事,都需要以能量為基礎。

4.社會活動與經濟生產力會隨著人口規模增加,而有系統性地強化。增加的系統性「加值」紅利,經濟學家稱為規模報酬遞增(increasong returns to scale),但物理學家稱之超線性縮放(superlinear scaling)

5.一個典型的複雜系統是由無數的個別分子所組成,而且個體彙整起來的集體特徵,通常不是個別組成分子本身的特質,或不容易從個別特質中預測出來。

6.整體會比部分的簡單線性總和更龐大,而且通常和部分的總和差異極大。在很多例子中可見,整體似乎有自己的生命。

7.如果某一隻哺乳動物的體重是另一隻的兩倍大,他的心跳速度就會降低大約二五%。它們是「冪次法則」,都是由某個指數控制(圖形的斜率)。

8.隨著城市規模變大,會系統性地增加生活步調:疾病蔓延更快、商業交易更快速、公司更常成立與倒閉、人也走得更快,而且全都遵循著大約一五%的規則。

9.藥物傳送以及組織吸收藥物的方式,一般是透過薄膜表面傳送,有時是透過擴散,有時是透過網絡系統。因此在很大的程度上,決定劑量的因素和表面積有關,而不是有機體的總重量或體積有關,因此和重量呈現非線性的比例關係。

10.BMI意味著體重應該隨著身高的平方增加,但是體重增加的速度應該根據的是身高的立方。因此目前的BMI就一直誤判高個子的人過重,矮個子的人過輕。證據顯示,高個子的BMI常都有高素質。

11.鐵軌標準規格是四英尺八・五英吋。這個規格是在一八三O年發明世界第一輛載客列車前,隨意從採礦鐵路的標準引用過來的。它只是根據在礦坑內拉動車廂的馬車車軸,得以通行的寬度而決定的。

12.一艘船能載運的貨物體積,會隨著尺寸的立方增加;但是船隻航行水面的阻力,會隨著船殼的橫切面面積增加,因此是它的尺寸的平方。換句話說,大船運送每一噸貨物所需要的燃料,會比小船成比例減少。

13.福祿數(Froude number)定義是,船舶速度的平方,除以其長度,再乘以重力加速度。由於基本的物理學一樣,如果物體的福祿數值相同,以不同速度移動不同尺寸物體,表現的方式會一樣。

14.賈伯斯:死亡可能是生命最好的發明。它能改變生命的方向。清除舊的,才能為新的開路。

15.質量每增加四個級數,代謝率只增加三個級數,這條線的斜率是3/4,這就是克萊伯定律的指數。

16.人一天通常會製造2x10^26個ATP分子,相當於八十公斤。這些ATP加起來,以大約九十瓦,維持生命與提供身體動力所需的功率。

17.心功率輸出。血液流經多層次的網絡,直到微血管,這些能量支出就是用來克服黏性阻力或摩擦力。

18.血液的波在搏動網絡支點不反射的情形,基本上和全國電網在遠距離能有效傳輸的設計一樣。這種不反射的情形舊稱為阻抗匹配(impedance matching)

19.不斷縮小動物的尺寸,血管大到足以支撐跳動波的面積保留分支數量,會持續縮小到一個臨界點,然後只能以非跳動的DC流支撐網絡。在這些血管中,由於血液的黏性,波動會變成過阻尼(overdamped)現象,以致於無法再傳送。(血液變成完全穩定的DC,沒有脈搏)。

20.這就是為什麼有最小尺寸的根本理由。這個理論可以得出臨界點,取決於血液的密度及黏度,以及動脈壁的彈性。導出最小哺乳類動物約兩公克,這就相當於伊特拉斯坎臭鼩(Etruscan shrew),這是已知最小的哺乳動物。

21.丹麥生理學家奧古斯特・克羅(August Krogh)認識到,氧氣可以擴散多遠,才不會讓太遠的細胞得不到充分的氧,有一定限制。這個距離稱為最大克羅半徑(maximal Krogh radius)。

22.假設有機體的尺寸變為兩倍,那細胞數量也會變為兩倍,維護這些細胞的能量就會以二的倍數增加。但是代謝率(能量供應)的增加速率只有2的3/4=1.682,小於二。換句話說,停止成長是因為,隨著尺寸變大,維護與供應能量增加的幅度不同。

23.壽命隨著細胞代謝率反向減少。因為代謝率隨著動物質量增加而系統性降低,每個細胞受到損壞也變少,大型動物因此可以活更久。

24.我們很容易忘記,在工業革命之前,對很多勞動階級來說,苛刻、衛生不佳的工作條件就是基準。所有我們認為和工業革命與都市化有關的罪惡,在工業化社會之前就普遍存在了。

25.我們的實際代謝率今天超過三千瓦。我們這種動物使用的能量其實是我們實體尺寸應該用量(九十瓦)的三十倍,從這個角度來看,在地球上生活的有效人口,也會相對比實際住在地球上的七十三億人口更多。

26.世界上偉大的大都市都會促進人的互動,會創造無法定義的興奮感與靈魂,而這就是城市創新與令人鼓舞的泉源,也是城市在經濟與社會上的彈性與成功的主要因素。漠視這些關鍵面向,只專注於建築物與基礎設施,將是短視之舉。

27.城市的人口每加倍一次,就只需要另外增加八五%的加油站。系統性節約大約一五%。

28.基礎設施隨著人口規模以次線性縮放,社經數值則是以超線性縮放,表現出系統性的規模報酬遞增。

29.可能稱為普通朋友的人,你知道對方的名字,並和對方保持社交上的接觸,這個團體通常大約是一百五十人。這個數字通常被稱為鄧巴數字。

30.我們可以把物理城市,也就是建築物、道路和電力網絡等,想成是社經城市的反向非線性表現。

31.一個成功城市的標誌,不在於它的規模,而在它提供了實體的氛圍、方便使用的交通與溝通系統,以及支持性的社區、商業、文化,以促成多元的社會互動。

32.無論哪一種產業,或聲稱死亡的原因是什麼,都只有大約半數的公司能存活十年以上。

33.全世界最古老的旅館,是位於早川町的西山溫泉慶雲館,創立於七O五年,傳承五十二代,都是同一個家族經營。




心得
20211207
    本書介紹的是重要知識,在於了解事物背後的規律與物理學規則。以前沒有想過BMI是什麼意義,確實BMI定義一個範圍,在範圍中的算是正常體重(?),意思就是只要是同BMI,那應該就都是正常的,所以BMI下重量與面積成正比。但這其實是錯的,重量跟體積約成正比,因此以BMI來測量,高個子通常過重,矮個通常過輕。這樣是不對的。以後如果再用BMI參考,要選用適合自己的BMI值。
    另外也學習到藥物劑量的調整,其實是按照面積調整比較好,因為藥物的輸送與代謝多是經由膜滲透,是與面積有關,而不是體重多少。福祿數是流體力學重要的數值,船舶一樣不能同比例放大縮小,而是要參考福祿數。
    心臟血液的波動有新的理解。心臟打血出去有個動能,也會產生波動。在小動脈以前這個波存在,是配合心律協和的,所以心臟因此可以降低耗能。所以心臟的功率輸出大部分是在克服沒有波動處(微血管、組織)時的阻力,包含血液的黏性。所以控制好血液黏性是預防心臟衰竭的根本阿!在人體構造上,為了降低回彈波抵銷心臟輸出,在所有同分支處的所有總面積必須等於主動脈面積,也是人體符合物理學的自然設計,令人敬畏。
    城市是一個有機體,我在以前就有聽過這個說法。如今看到以物理學及統計學解釋程式之間的關係,令人耳目一新。雖然各地的地理文化不同,但是物理城市與社經城市大致都以一定的比例縮放,並且有特定的數字:一五%。是了不起的發現。在大城市,連走路速度也快了十五%是這個原因阿!。那麼聯想到,國家是否也有物理性質呢?我想大概沒有。國家領導人不擁有國家,也無責任謀求國家最大功率,不像個體或城市大多會追求最大功率與最大填滿。本書提供一個社會的新視野,與新量尺。規則來說,規模愈大,愈有系統紅利,這是物理而非領導者造成,在衡量不同社會時可以以對數來看。相當紮實,不簡單的書。

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