Незрозумілий закон мегаполісів: в чому секрет?
У 20 столітті з`явився надзвичайний математичний феномен під назвою закон Ціпфа (Zipf`s law). Завдяки йому можна було з високою точністю визначити збільшення розміру того чи іншого міста-мільйонера в будь-якій точці світу.
Вся справа в тому, що ніхто не може пояснити, чому цей закон працює.
Для того, щоб спробувати прояснити ситуацію, необхідно повернутися в далекий 1949 рік. Тоді лінгвіст Джордж Ціпфа (George Zipf) виявив дивну закономірність при використанні людиною конкретних слів у мові.
Він зауважив, що зовсім мала кількість слів люди використовують регулярно, в той час як переважна більшість слів застосовується вкрай рідко.
Якщо розташувати слова за частотою їх використання, то відкривається дивовижна картина: слова, що відносяться до категорії першого розряду, застосовуються в два рази частіше, ніж слова з категорії другого розряду, і в три рази частіше в порівнянні зі словами з третьої категорії.
Лінгвіст також виявив, що це ж правило працює і при розподілі коштів громадян, тобто у найбагатшої людини в розпорядженні знаходиться в два рази більше фінансів, ніж у наступного за ним і так далі.
Чітайье також: Як би виглядав сучасний мегаполіс на інших планетах
Пізніше Джордж прийшов до висновку, що виявлена ним закономірність працює і по відношенню до розмірів великих міст. Тобто найбільше місто в країні в два рази більше за чисельністю населення наступного за ним.
Дивно, але цей закон доводив свою правоту протягом усього 20 століття, причому у всіх країнах світу.
Розвиток і зростання міст
Чого тільки вартий список найбільших міст США. Відповідно до інформації про перепис населення 2010 року кількість проживаючих в найбільшому місті Штатів, Нью-Йорку, трохи більше 8 мільйонів (якщо бути точними, то 8 175 133). За ним відразу слід Лос Анджелес, населення якого трохи не дотягує до 4 мільйонів (3 792 621).
Наступні три міста - Чикаго (Близько 2 700 000 чоловік), Х`юстон (Приблизно 2 100 000) і Філадельфія (Близько 1 500 000). Зрозуміло, що наведені числа неточні, однак, вони неймовірно точно відповідають виявленому лінгвістом правилом.
Дослідник Пол Кругман (Paul Krugman), який вивчав закон Ціпфа і перевіряв його на найбільших містах, зазначив, що найчастіше економічна теорія звинувачувалася у створенні надто спрощених моделей складної дійсності, яка не має порядку.
Лінгвіст Ціпфа довів, що насправді ситуація повністю протилежна. Ми використовуємо занадто складні, невпорядковані моделі до пояснення функціонування дійсності, яка насправді дуже проста.
Який же він, закон сили?
У 1999 році відомий економіст Ксав`єр Габое (Xavier Gabaix) закінчив свою наукову роботу, в якій він також торкнувся теми закону Ціпфа. Він описував його як "закон сили ".
Економіст підкреслив, що закон продовжує функціонувати, навіть якщо міста збільшуються в хаотичному порядку. Однак, система перестає працювати як тільки ви починаєте перевіряти її на містах, які не є мегаполісами.
Судячи з усього, невеликі міста з чисельністю населення до 100 000 осіб або близько того підкоряються іншому закону.
Щоб повніше зрозуміти суть питання, необхідно відповісти на питання, що ж таке "місто"? Адже, наприклад, Кембридж і Бостон - це два різних міста, Окленд і Сан-Франциско також різні міста, відокремлені один від одного водою.
Це питання поставили два шведських географа і стали вивчати міста, які об`єднані людьми і дорожнім повідомленням, а не розділені з політичних міркувань. Вони назвали такі міста "природними ".
В результаті вони виявили, що навіть такі "природні" міста відповідають закону Ціпфа.
Чому цей закон працює?
Причини зростання міст
Що ж насправді змушує міста стає такими передбачуваними щодо чисельності населення? Поки ніхто так і не зумів дати відповідь на це питання. Відомо що міста збільшуються за рахунок іммігрантів, які збираються у великих містах через широту можливостей, які вони можуть надати.
Однак, цього пояснення недостатньо для того, щоб зрозуміти причини роботи закону. Існують також і економічні причини, адже великі гроші робляться у великих містах, а закон Ціпфа, як відомо, добре зарекомендував себе і в питанні розподілу доходів.
Але, тим не менш, чіткої відповіді, як і раніше немає. Варто зауважити, що у цього закону все-таки є винятки: він працює тільки при дослідженні міст, які пов`язані між собою економічно.
Це пояснює дію закону виключно в межах окремої країни.
Процес зростання міст
Як ростуть міста?
Є ще одна дивна правило, яке відноситься до міст. Воно розповідає про те, як саме міста використовують свої ресурси в процесі росту. Збільшуючись, місто набуває певної стабільність. Наприклад, якщо чисельність населення конкретного міста збільшується удвічі, то необхідне йому кількість бензоколонок не збільшиться теж удвічі.
Місту буде досить комфортно, якщо заправок стане на 77 відсотків більше. Закон Ціпфа співвідноситься з певними соціальними нормами, але все ж суть закону ближча до природи, тобто він краще пояснює, наприклад, як тварина споживає енергію у міру дорослішання.
Ось як говорить про цей феномен математик Стівен Строгац (Steven Strogatz).
Уявіть собі, яка кількість калорій щодня необхідно миші в порівнянні зі слоном? Обидва тварин є ссавцями, тому можна припустити, що на клітинному рівні їх відмінності повинні бути мінімальними.
І насправді, якщо в лабораторних умовах виростити клітини десяти різних видів ссавців, то у всіх них буде єдина швидкість метаболізму, тому що клітини на генетичному рівні не "пам`ятають" якого розміру їх господар.
Однак, якщо розглядати миша і слона як окремо взятих тварин, а саме як скупчення працюють клітин у величезній кількості, то на вчинення одного і того ж дії клітини миші будуть витрачати набагато більше енергії, ніж клітини слона.
Закон метаболізму (закон Кляйбер) говорить про те, що потреби метаболізму ссавця збільшуються прямо пропорційно масі тіла тварини в 0,74 рази.
0,74 дуже близько до 0,77, про який говорилося вище при згадці кількості бензоколонок. Це простий збіг? Ймовірно, але, швидше за все, немає.
Все це дуже інтригує, але все-таки менш таємниче в порівнянні з законом Ціпфа. Здавалося б, що не так складно усвідомити, чому місто, який, по суті, є створеної людьми екосистемою, підпорядковується природним природним законам.
Але у закону Ціпфа не існує аналогів в природі. Він соціальний за своїм походженням, і актуальний лише для минулої сотні років.
Єдине, що нам відомо, це те, що даний закон працює також і для пояснення функціонування інших соціальних систем, таких як економічна і лінгвістична. Тобто, ймовірно, існують які-небудь соціальні правила, які і пояснюють роботу системи, і коли-небудь людина їх зможе зрозуміти.
Можливо, той, хто зуміє знайти відгадку, зможе передбачати і більш важливі речі. Закон Ціпфа - це лише маленький аспект глобальних правил динаміки соціуму, які встановлюють, як ми спілкуємося, утворюємо групи, спільноти, як ми торгуємо і т.д.
