今天存在的大多数城市最初都是从重要的市场或城镇广场发展而来的。随着时间的推移，它们发展出多个中心，人们可以去那里工作、购物和娱乐——事实上，现在没有哪个主要的世界城市只有一个中心了。那么，是什么支配着城市从单中心向多中心的转变呢？经济学家认为，多中心是由商业集聚驱动的——即公司聚集在一起时更容易成功的观点。但是法国理论物理研究所的物理学家马克·巴特莱米表示，这只是故事的一部分。
在《物理评论快报》上发表的一篇新论文中，巴特莱米和他的同事雷米·卢夫构建了一个数学模型来解释城市及其周围郊区如何演变成多中心的。他们的研究结果表明，人口规模和汽车交通拥堵在推动替代热点的创建方面发挥着重要作用，即使在中小型城市也是如此。他说：“这是地方的吸引力以及到达那里所需的时间之间的相互作用。”起初，每个人都去市中心，但是随着城市越来越拥挤，到达那里变得更加困难。最终，次中心在城市的郊区涌现，为居民提供更方便的工作和购物场所。巴特莱米说，拥有便利交通网络的城市保持集中化的时间更长，但是一旦人口密度超过一定阈值，城市不可避免地会变得多中心化。
这是一个简单的模型——例如，它没有考虑到分区限制，也没有考虑到像伦敦这样的城市在几百年前由几个较小的村庄合并而形成的多中心实体，但它仍然是探索多中心性的有用模型，伦敦大学学院的城市规划师迈克尔·巴蒂说道，他没有参与这项研究。“尽管这是对现实世界的主要简化，但它具有足够的要素使其发挥作用，并且它们产生的动力是有趣且合理的。”
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明尼苏达大学的交通工程师大卫·莱文森表示，发现人口规模和城市次中心数量之间的关系并不完全令人惊讶。一些经济学家在几十年前就做出了这个假设。巴特莱米反驳说，经济模型是“模糊”且未经检验的。“经过20页的计算，他们没有预测，也没有测试他们的模型，”巴特莱米说。“我们可以用数据测试我们的结果。”
为了测试次中心数量随人口规模变化的预测，研究人员使用了美国9000个城镇的就业数据。巴特莱米说：“如果您知道人们在哪里工作，您就可以看到这些活动中心。”数据显示，随着城市人口的增加，次中心的数量也在增加。但是两者不是线性增长的——如果人口增长到原来规模的10倍，则中心的数量平均乘以5。巴特莱米说，他预计这种模式也会在世界其他国家的城市中成立。
莱文森说，更清楚地了解大都市多中心性的演变可能证明是有用的，特别是考虑到到2050年，预计世界人口的三分之二将是城市人口。“还有很多城市化需要发生，”莱文森说。“如果规划者想象一个城市采取特定的形式，但这并不是城市想要的行为方式，我们将做出不明智的投资。”
作者仍在微调他们的模型。未来的版本可能会包括其他交通方式，例如公共交通，预计这将减缓新的活动中心的出现。
巴特莱米说，该模型还可以用于估计交通延误、汽油消耗和二氧化碳排放量，以便城市规划者和政策制定者可以更好地了解随着城市的发展，这些不同的因素是如何演变的。“我认为这为深入了解城市的真正定量信息开辟了道路，”他说。“我们可以采用简单的机制、简单的要素，最终预测重要属性如何随人口规模变化。”