抛开影片本身的科幻性不谈,像哥斯拉这样高达50米,重达2万吨的庞大生物可能在地球上存在么?如果哥斯拉也采用地球上的生命构成方式,那么它根本不可能存在,它会因自身的体重而崩塌。事实上,如果不停地按比例放大任何动物、植物或者建筑,都会有类似的结果,增长总是会有限度的。

为什么会这样?

想象一个立方体,当它的边长扩大时,它任意面的面积都是按边长的平方在扩大,而它的体积则是按边长的立方在扩大,其它任何形状的物体也都有相似的特征。因此,一个物体的面积和体积随着其边长的增长而成比例地增长,但它体积的增幅要大于面积的增幅。

30亿年的地球有哥斯拉吗 为何哥斯拉不可能在地球上存在(1)

而另一方面,支撑建筑物的柱梁、支撑动物的四肢或支撑树木的树干,它们的强度与它们的横截面面积成正比,而与它们的长度无关。由此我们可以看到,当任何动物、植物或者建筑不停地按比例放大,而构成它的物质、密度、结构不发生变化的情况下,体积的增幅要大于面积的增幅,也就是重量的增幅要大于强度的增幅,最终它在超过某个临界点后将因为重力的作用而崩塌。

这就是如果哥斯拉也采用地球上的生命构成方式,那么它根本不可能存在的原因。这段分析来自英国作家杰弗里 • 韦斯特的著作《规模》。

有人会说,哥斯拉不是可以在水里生活么,如果水的浮力抵消部分重力,是不是就可以承载它那庞大的身躯了,就像鲸类一样呢?在《规模》这本书中,作者也分析了,即使不考虑重力的因素,它也无法为身体的大部分细胞供氧,所以它同样是不可能存在的,而且鲸类已经是地球生物在体形规模方面所能进化到的极限。

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再来看另一个有趣的问题。

大象的体重差不多是老鼠的1万倍,相应地,大象的细胞数也是老鼠的1万倍。那么,大象每天摄入的食物量也是老鼠的1万倍么?答案是否定的。尽管要为1万倍的细胞提供支持,但大象的代谢率(即保持大象存活所需的能量)只是老鼠的1千倍。这表明大象细胞的代谢率是老鼠细胞的1/10,由此而来的代谢过程中的细胞损伤率的下降也成了大象更加长寿的基础。大象最长可以活到75岁,而老鼠通常只能存活两三年。

为什么会这样?在《规模》这本书中同样有答案。

或许你还会对以下这些问题感兴趣。

动物和植物的生长规模以及城市的规模有限制吗?是否会出现巨型昆虫或巨型城市?

为何所有哺乳动物一生中的心跳次数几乎相同,都达到了大约15亿次?

为何我们会停止生长?为何我们长肿瘤比老鼠少得多,而鲸类几乎不长肿瘤?

为何我们会死亡?是什么限制了人类的寿命?寿命是否可以延长?

为何轮船体积越大,运输每吨货物所需的燃料会成比例地减少?

为何生活节奏持续加速?为何创新速度必须持续加速才能维持社会经济生活?

这一切,在《规模》中都可以找到答案。

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杰弗里 • 韦斯特以渊博的知识和独特的视角,为读者讲述了复杂世界的简单法则。只是这本书涵盖的内容太过丰富,不经过反复的阅读和思考,很难理解作者要表达的全部思想。作者最基本的目的就是希望人们能打破线性思维的固有模式。

例如,人们常会认为动物为了维持生存,每天摄入的食物量和体重是成正比的,这就是典型的线性思维模式。但事实上,生物体重越大,每天摄入的食物量——相对其体重按照线性比例计算得到的值——是在降低的。

如果一种动物的体重是另一种动物的两倍,我们可能会天真地认为,前者的代谢率也将是后者的两倍。然而,代谢率并没有翻番,实际上只增长了75%。规模每扩大一倍,便会产生25%的节余。

代谢率随着体形的变化而发生规模缩放变化,这一原则适用于所有哺乳动物,从体重只有几克的小鼩鼱到体重是其数亿倍的蓝鲸。这一法则所带来的一个深远影响便是,以每克为单位,体形更大的动物事实上比体形更小的动物更加高效,因为它的每一克组织需要的能量支持更少。这种系统性节约又被称作规模经济。

由于细胞在大型生物体内的运行速度要慢于在小型生物体内的运行速度,生命的节奏便会随着体形的增大而系统性地变慢。因此,在很大可预测的程度上说,大型哺乳动物更加长寿,需要更长的时间发育成熟,心率更慢,细胞的代谢率和工作强度不及小型哺乳动物。哺乳动物的体重增长一倍,其寿命、成熟期等时间尺度平均增长25%,心率等速度也会按照相同的比例减缓。小型生物的生命在快车道上,而大型生物则一辈子都在笨重地移动,尽管其效率更高。

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这似乎很难理解,但这确实是客观存在的。很难理解,是因为人类习惯于用线性思维去思考问题,而在自然界里有很多关系都是非线性的。线性思维往往就是一个陷阱,一个不容易被人们发觉并且主动跳进去的陷阱。

杰弗里 • 韦斯特认为,对于复杂系统应当使用规模缩放的原则。所谓复杂系统,通常是指由大量个体组成的整体,而这个整体又表现出个体所不能表现的特性。这些系统往往都是具有空间填充性、终端单元恒定性、以及性能优化趋于稳定的网络。

空间填充意味着网络的触角必须延伸至整个系统的各个角落;终端单元恒定性意味着组成系统最底层、最末端、最基础的单元具有统一的特征;而网络意味着连接,内部组织没有广泛连接的系统不是复杂的系统。

概念比较复杂,但现在已经可以有一个清晰的结论,生物体、城市和公司都属于复杂系统。例如动物的身体是由细胞组成的网络,细胞填满身体的每一个部分,作为终端的细胞具有相似的特征,动物的身体经过漫长的进化在现阶段已经近乎最优。类似的,公司是由人组成的网络,城市是由建筑、人和其它设施组成的网络。而一面墙,无论它由多少块砖组成,它也不是一个复杂系统,因为它既没有表现出一块砖所不能表现的特性,也没有内部广泛连接的网络。如果你把这面墙扩展成长城,那就是另一回事了。

说到城市,如果一座城市的人口规模是本国另一座城市的两倍,那么它的经济规模、人才数量、专利数量、餐厅数量、教育机构数量甚至患病率、失业率、贫困率、犯罪率、死亡率都会以近似相同的比例增长(大约是1.15倍),而它的基础设施如加油站的数量,道路、电线、水管和燃气管道的总长度也会出现相似的节余(大约是0.85倍)。这一点恐怕让人感到意外,人们一直都会觉得大城市在基础设施方面应该比小城市投入更多。请注意,我们这里说的节余并不是总的数量变少,而是比按规模增大的比例计算出来的预期数目要少,这就是规模经济的优势。

从某种程度上来说,城市就像一个生物体,公司也是如此。

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对于复杂系统,通常会呈现超线性规模缩放或亚线性规模缩放的特征,也就是按1 1/N次幂或1-1/N次幂缩放。例如,动物的代谢率随体重的约3/4次幂(也就是 1-1/4)发生变化,大象的体重是老鼠的1万倍(10的4次幂),而大象所需的食物量只是老鼠的1千倍(10的3次幂),在这里,N等于4。

N代表的是规模缩放的系数,杰弗里 • 韦斯特通过对生物、城市、公司的广泛研究,总结出一个规则:N的值是与连接相关的维度的数量之和再加上1。至于为什么要加上1,杰弗里 • 韦斯特没有说,但笔者觉得,这个1是代表时间的维度。因为我们理解和运用规模缩放规则的目的就在于能够通过分析过去以应对将来。孤立在一个时间点上的分析是没有意义的。

在不改变材料和形状的前提下,物体承重强度的N值是3,因为这个时候物体内部是以横截面进行层与层之间的连接的,强度取决于横截面的面积,也就是长和宽(或者半径的平方),这是两个维度,再加上时间,就是三个维度。动物代谢率同体形大小的N值是4,这是因为代谢主要跟心血管系统的横截面以及所有血管的总体长度相关,正是整个心血管系统把遍布全身需要能量代谢的细胞连接了起来,横截面的两个维度加上总体长度这个维度再加上时间就形成了四个维度。

城市经济总量随城市规模缩放呈现的超线性增长以及基础设施随城市规模缩放呈现的亚线性增长,从现实的统计分析来看,N值是7。除开时间,剩余6个关键的维度是什么?杰弗里 • 韦斯特在书中也没讲太明白,笔者认为应该是公共道路的宽度和总长度,水电天然气等管道的半径平方(相当于是长和宽两个维度)和总长度,以及信息终端的个数。

公共道路连接建筑与基础设施,运送城市居民和物资,它就像生物体的心血管系统。水电天然气等管道作为运输城市生活最基本最重要能源与物资的基础设施,起着与公共道路类似的作用。而城市相较于生物体一个最重要的区别就在于人不但是构成城市的因子,同时也是城市的主人。

如果说公共道路和水电天然气管道将城市的各个建筑连接在了一起,那么人与人之间也是需要连接的,连接的方式就是各种信息终端。移动设备、固定网络、乃至现代智能的电视都属于信息终端,人们通过这些终端进行思想上超距离的交流。这是一种在自然界找不到的连接——无形的连接,而这也是构筑城市文明的基石之一。

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城市所在的位置,它外在的地理条件是对城市进行分类的依据。同一分类的城市符合缩放原则,不同分类的城市则不具有可比性。沙漠中的城市与平原地带的城市就没法用缩放原则去进行衡量,但和另一座沙漠中的城市则是基本符合的。因此,地理条件不是城市进行缩放比较的关键维度,关键的维度都是与连接有关的维度。

那么公司呢?公司比例变化的一个重要因素是,许多关键的指标都像生物体一样呈亚线性比例变化,而不是像城市那样呈超线性变化。这表明,公司比城市更像生物体,更加受到规模经济,而非规模收益和创新递增的主导,这对它们的生存历史,尤其是增长和消亡带来了重要的影响。

从现实的统计分析来看,公司的N值是10,除开时间,你知道其余的都是哪些维度吗?

提示一下,考察生物体和城市的时候,一个关键因素在于它们都是作为封闭系统来考察的,考察的是内部的连接。而公司则不同,公司存在的价值在于它对社会的贡献,因此考察公司,就必须把内部与外部的连接结合起来考察,这就是它的维度比城市还要多的原因。

“很明显,无论是什么组织或结构,如果它的规模尺寸任意增长,它的自身重量都终将会把它压垮。尺寸和增长都是有限度的。”这句话还应该加上一句关键的话——“除非有什么变化”。为了继续增长,避免崩塌,必须发生改变,进行创新。增长和适应全新或不断变化的环境的持续需求(通常以提高效率的形式)是创新的主要驱动力。

要建设更大的结构或使大型生物体进化突破规模法则的限制,就必须创新,要么改变系统的物质组成,要么改变其结构设计,要么二者均发生改变。第一种创新的简单例子是使用更强的材料,如用钢铁代替木材来建造桥梁或建筑物。第二种创新的简单例子是在建筑中采用弓形、拱形或穹顶结构,而非仅仅是水平梁和垂直柱。

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所以如果哥斯拉也采用地球上的生命构成方式,那么它根本不可能存在,但像《哥斯拉大战金刚》里那种人造的机械哥斯拉还是有可能的,又或者在外太空它是可能存在的。

《规模》这本书告诉我们的,不仅仅是要学会跳出线性思维的固有模式,学会用规模缩放的方式去观察和思考复杂系统,同时也是告诉我们,优化与创新才是突破规模限制的途径。

就拿城市来说,规模缩放只对已经近乎完成优化的城市才比较符合。城市会在管理制度,交通建设等方面进行进化,那些新兴的城市或者长期落后的城市在这些方面还没有进化到一个稳定的状态,那么他们就可能取得比规模缩放计算所得比率大幅超出或者严重低于的结果,城市管理的目的就是优化和创新。

不仅仅是城市管理,一切管理的目标都是优化和创新,公司也是一样。一个公司如果不能持续地进行优化和创新,那它就不可避免地走向死亡。

随着规模越来越大,成本的增长愈发快于收入的增长,公司就将停止扩张。在没有任何改变的情况下,此后,公司就将开始走向下坡路,如同生物开始衰老,直至死亡。因为市场仍然在前进,新的竞争者仍然在亚线性增长的法则下拥有规模优势。到了这一步再去寻求改变,为时已晚,因为困难和阻力太多,结构也过于僵化。大的变革一般过于激烈,很容易导致迅速陷入混乱而垮台,小的变革又难以起到根本的作用,最多只是延缓死亡来临的步伐。

所以,对公司发展状况的判断不能单看公司利润的增长情况,还要看利润和规模(以及那些关键维度)共同形成的曲线。当公司越来越接近线性增长的时候,哪怕仍然在增长,也需要警惕。因为此时公司的增长已经跟不上市场平均水平超线性增长的速度,如果不采取措施,等待公司的只有死亡。

优化原则位于自然界所有基本法则的核心。我们之所以习惯于线性思维,恰恰是因为这种思维方式对大脑的能量开销最小,大脑会自主选择这种方式,以保证有更多的能量能用于我们生命的其它方面,这本身也是生命不断优化的结果。

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