今天存在的大多數城市最初都是從重要的市場或城鎮廣場發展而來的。隨著時間的推移，它們發展出多箇中心，人們可以去那裡工作、購物和娛樂——事實上，現在沒有哪個主要的世界城市只有一箇中心了。那麼，是什麼支配著城市從單中心向多中心的轉變呢？經濟學家認為，多中心是由商業集聚驅動的——即公司聚集在一起時更容易成功的觀點。但是法國理論物理研究所的物理學家馬克·巴特萊米表示，這只是故事的一部分。
在《物理評論快報》上發表的一篇新論文中，巴特萊米和他的同事雷米·盧夫構建了一個數學模型來解釋城市及其周圍郊區如何演變成多中心的。他們的研究結果表明，人口規模和汽車交通擁堵在推動替代熱點的建立方面發揮著重要作用，即使在中小型城市也是如此。他說：“這是地方的吸引力以及到達那裡所需的時間之間的相互作用。”起初，每個人都去市中心，但是隨著城市越來越擁擠，到達那裡變得更加困難。最終，次中心在城市的郊區湧現，為居民提供更方便的工作和購物場所。巴特萊米說，擁有便利交通網路的城市保持集中化的時間更長，但是一旦人口密度超過一定閾值，城市不可避免地會變得多中心化。
這是一個簡單的模型——例如，它沒有考慮到分割槽限制，也沒有考慮到像倫敦這樣的城市在幾百年前由幾個較小的村莊合併而形成的多中心實體，但它仍然是探索多中心性的有用模型，倫敦大學學院的城市規劃師邁克爾·巴蒂說道，他沒有參與這項研究。“儘管這是對現實世界的主要簡化，但它具有足夠的要素使其發揮作用，並且它們產生的動力是有趣且合理的。”
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明尼蘇達大學的交通工程師大衛·萊文森表示，發現人口規模和城市次中心數量之間的關係並不完全令人驚訝。一些經濟學家在幾十年前就做出了這個假設。巴特萊米反駁說，經濟模型是“模糊”且未經檢驗的。“經過20頁的計算，他們沒有預測，也沒有測試他們的模型，”巴特萊米說。“我們可以用資料測試我們的結果。”
為了測試次中心數量隨人口規模變化的預測，研究人員使用了美國9000個城鎮的就業資料。巴特萊米說：“如果您知道人們在哪裡工作，您就可以看到這些活動中心。”資料顯示，隨著城市人口的增加，次中心的數量也在增加。但是兩者不是線性增長的——如果人口增長到原來規模的10倍，則中心的數量平均乘以5。巴特萊米說，他預計這種模式也會在世界其他國家的城市中成立。
萊文森說，更清楚地瞭解大都市多中心性的演變可能證明是有用的，特別是考慮到到2050年，預計世界人口的三分之二將是城市人口。“還有很多城市化需要發生，”萊文森說。“如果規劃者想象一個城市採取特定的形式，但這並不是城市想要的行為方式，我們將做出不明智的投資。”
作者仍在微調他們的模型。未來的版本可能會包括其他交通方式，例如公共交通，預計這將減緩新的活動中心的出現。
巴特萊米說，該模型還可以用於估計交通延誤、汽油消耗和二氧化碳排放量，以便城市規劃者和政策制定者可以更好地瞭解隨著城市的發展，這些不同的因素是如何演變的。“我認為這為深入瞭解城市的真正定量資訊開闢了道路，”他說。“我們可以採用簡單的機制、簡單的要素，最終預測重要屬性如何隨人口規模變化。”