几个世纪以来，人们一直将城市描绘成非自然的人类聚集地，受到公共卫生危机、侵略行为和生活成本过高等问题的困扰。那么，为什么世界各地的人们仍然不断地离开乡村来到城镇呢？正在形成一门城市科学的最新研究开始揭示答案：城市集中、加速和多样化了社会和经济活动。
数字表明，城市居民创造了更多的发明，并为经济增长创造了更多的机会。通常，大城市也是地球上最环保的地方，因为居住在人口更稠密地区的人们通常能源足迹更小，所需基础设施更少，人均消耗的世界资源也更少。与郊区或农村地区相比，城市以更少的资源创造更多价值。而且城市越大，往往就越高效、更多产。
人口的力量
由于城市和都市区的信息日益丰富——官方统计数据以及对人类和社会活动的新颖衡量标准——这种新的、更定量的城市科学正在成为可能。
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通过筛选涵盖全球数千个城市的洪水般的数据，我们揭示了几项数学“定律”，这些定律解释了在一个地方集中人口如何影响经济活动、基础设施投资回报和社会活力。尽管美国、中国、巴西和其他国家的都市区具有丰富的多样性，但我们发现，社会经济特征随着城市人口的增加而增加的方式具有显著的普遍性。例如，如果一个城市的人口增加一倍，无论是从 40,000 人增加到 80,000 人，还是从 400 万人增加到 800 万人，我们系统地看到诸如人均工资和专利产出等指标平均增加约 15%。如果八百万人全部居住在一个城市，他们的经济产出通常会比相同的八百万人居住在两个规模减半的城市中高出约 15%。我们将这种效应称为“超线性缩放”：城市的社会经济属性的增长速度快于对其人口的直接（或线性）关系所预测的速度。
数据还显示，城市对资源的使用也遵循类似的，尽管是相反的规律。当一个城市的规模扩大一倍时，其实质基础设施——从加油站的数量到管道、道路或电线的总长度——并没有增加一倍。相反，这些数量的增长速度慢于人口规模：一个拥有八百万人口的城市通常比两个各自拥有四百万人口的城市需要的基础设施少 15%。这种模式被称为亚线性缩放。平均而言，城市越大，其基础设施的使用效率就越高，从而在材料、能源和排放方面实现重要节省。
我们的研究结果还表明，这些生产力提高和成本降低的模式在发展水平、技术和财富水平差异很大的国家中都成立。尽管我们掌握了更多关于世界较富裕地区城市的信息，但我们也开始获得来自快速发展中国家的良好数据，而且它们似乎也符合同样的模式。例如，巴西和中国的城市国内生产总值与西欧和北美城市表现出的超线性曲线非常吻合，尽管起点基线较低。我们认为，这种模式之所以成立，是因为无论是在圣保罗的贫民窟、北京雾霾笼罩的天空下，还是在哥本哈根整洁的街道上，基本相同的社会和经济过程都在发挥作用。
尽管城市超线性缩放代表了给定规模城市的平均理想行为，并在全球范围内普遍存在，但实际城市与规模带来的约 15% 的提升效果存在不同程度的偏差。涵盖 40 年的详细数据显示，例如，旧金山和波士顿比其规模所显示的更为富裕，而凤凰城或加利福尼亚州 Riverside 则相对贫穷。奇怪的是，这些偏差持续了几十年：城市往往会非常接近其表现过佳或表现不佳的历史记录。例如，一些城市试图通过为“下一个硅谷”创造条件来改善自身命运，但往往结果令人失望。我们的研究表明，社会动态的某些无形品质——而非物质基础设施的开发——是产生创新和创造财富的良性循环的关键。这些过程，例如创业精神的培养、对前沿新颖性的声誉以及卓越和竞争力的文化，很难通过政策来设计，因为它们依赖于城市社会结构在多个维度上的动态。我们期望这一激动人心的研究领域的结果将为可持续社会经济发展带来更好的“秘诀”。
然而，我们可以肯定地说，人口增加会促进更频繁和更密集的社交互动，这些互动与更高的生产力和创新率相关，同时也与淘汰低效率的经济压力相关。在租金较高的城市，只有增加大量价值的活动才能盈利。这些经济压力促使城市居民提出新的组织形式、产品和服务，从而带来更高的附加值。反过来，更高的盈利能力、卓越性和选择性往往会吸引更多人才来到城市，进一步推高租金，从而推动人们寻找更高效的活动。简而言之，这种反馈机制是城市加速创新，同时实现社会和经济活动多样化和集约化的主要原因。
更密集但更环保
尽管城市在富裕国家和贫穷国家都创造了经济机会，但生活在较富裕地区的人们很难想象为什么这么多贫穷国家的居民会被内罗毕、拉各斯或孟买等地方所吸引，这些地方的新来者往往最终住在充斥着污染、犯罪和疾病的贫民窟中。然而，这些骇人听闻的状况应该让发达国家的居民想起他们自己的城市过去。当查尔斯·狄更斯描写 19 世纪中期伦敦的生活，或雅各布·里斯在 19 世纪后期拍摄纽约市下东区包厘街区时，他们都在报道类似的情况。这些城市在 19 世纪经历了爆炸式增长——伦敦增长了七倍，纽约增长了近 60 倍。管理良好的现代城市已经证明，普遍存在的弊病并非不可避免。这些问题主要是由于规划缺失或规划不善以及缺乏良好的治理造成的。这些组织特征的发展实际上可能是城市化最重要和最持久的影响，因为它为国家层面的社会经济发展铺平了道路。
即使没有立法规定，也会产生财富和创新之外的一些好处。一个值得注意的例子是城市对环境的影响。高质量的数据现在才开始涌现，但我们已经可以看到，美国最大的城市人均二氧化碳排放量最低。这种收益主要是人们居住密度更高的一种计划外的副产品，因为大部分节省来自节能的公共交通和简单的步行，而不是几乎耗能高出 10 倍的驾驶。
对于印度或中国等发展中国家来说，环境效率变得更具挑战性，在这些国家，许多城市基础设施仍需建设，尽管快速增长的需求与实现清洁增长的步骤之间的权衡仍然知之甚少。尽管如此，城市化最终可能仍然是我们星球环境挑战最可持续的解决方案。
然而，不受控制的增长可能会造成危机，在极端情况下，除非找到重大创新来刺激新的增长周期，否则可能会导致城市崩溃。从这个意义上说，城市永远不会处于稳定的平衡状态。它们存在于一种动态平衡中——一种拉锯战——在将它们结合在一起的力量和那些可能将它们撕裂的力量之间。这种张力是城市推动创新的另一个原因：人类文明的许多最伟大的发明都来自迫在眉睫的需求。想想管道、电力，甚至民主——更不用说咖啡馆了。
城市增长面临的持续挑战是，人类的创造力是否能够以足够快的速度不断创新，以在不断扩大的城市人口的同时，减少我们的人均资源消耗和对地球的影响。只要这种趋势能够继续下去，城市就会变得越来越大，并将成为更具创造力和繁荣的人类不可避免的未来。