幾個世紀以來，人們一直將城市描繪成非自然的人類聚集地，受公共衛生危機、侵略行為和生活成本過高等病態現象的困擾。那麼，為什麼世界各地的人們仍然不斷離開鄉村前往城鎮呢？一項正在形成城市多學科科學的研究開始揭示答案：城市集中、加速和多樣化社會和經濟活動。
數字顯示，城市居民產生更多的發明，創造更多的經濟增長機會。通常，大城市也是地球上最綠色的地方，因為居住在人口更稠密地區的人們通常能源足跡更小，需要的基礎設施更少，人均消耗的世界資源也更少。與郊區或農村地區相比，城市以更少的資源做更多的事情。而且城市越大，它們往往變得越高效和生產力更高。
人口的力量
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這種新的、更量化的城市科學之所以成為可能，是因為關於全球城市和都市區的資訊（官方統計資料以及人類和社會活動的新穎衡量標準）的可用性不斷提高。
透過篩選來自世界各地數千個城市的大量資料，我們揭示了幾條數學“定律”，這些定律解釋了將人們集中在一個地方如何影響經濟活動、基礎設施投資回報和社會活力。儘管美國、中國、巴西和其他國家的都市區具有豐富的多樣性，但我們發現在社會經濟特徵隨城市人口增長的方式上存在顯著的普遍性。例如，如果一個城市的人口翻了一番，無論是從 40,000 人增加到 80,000 人，還是從 400 萬人增加到 800 萬人，我們系統地看到諸如人均工資和專利產量等指標平均增長約 15%。如果 800 萬人都住在一個城市，那麼每個人的經濟產出通常會比相同的 800 萬人住在兩個規模減半的城市中高出約 15%。我們將這種效應稱為“超線性 scaling”：城市的社會經濟特性增長速度快於人口的直接（或線性）關係所預測的速度 [見下圖]。
資料還顯示，城市對資源的使用遵循類似的，但相反的規律。當城市規模擴大一倍時，其實際基礎設施——從加油站的數量到管道、道路或電線的總長度——並沒有翻倍。相反，這些數量的增長速度慢於人口規模：一個擁有 800 萬人口的城市，人均所需的相同基礎設施通常比兩個各擁有 400 萬人口的城市少 15%。這種模式被稱為亞線性 scaling。平均而言，城市越大，其基礎設施利用效率越高，從而在材料、能源和排放方面實現重要節省。
我們的研究結果還表明，生產力提高和成本降低的這些模式在發展水平、技術和財富水平差異很大的國家中都成立。儘管我們掌握了更多關於世界較富裕地區城市的資訊，但我們也在開始從快速發展中國家獲得良好的資料，而且它們似乎也符合同樣的模式。
儘管城市超線性 scaling 在全球範圍內普遍存在，但實際城市與規模帶來的大約 15% 的人均增長存在不同程度的偏差。例如，涵蓋 40 年的詳細資料顯示，舊金山和波士頓比其規模所顯示的更富有，而加利福尼亞州的鳳凰城和河濱市則相對貧窮。奇怪的是，這些偏差持續了幾十年：城市往往與它們表現優異或表現不佳的歷史非常接近。例如，那些試圖成為“下一個矽谷”的城市往往結果令人失望。我們的研究表明，社會動態的某些無形品質——而不是物質基礎設施的發展——是產生創新和創造財富良性迴圈的關鍵。這些過程，例如本地創業精神的發展、前沿新穎性的聲譽以及卓越和競爭力的文化，很難透過政策來設計，因為它們依賴於城市社會結構在多個維度上的動態。
更多的人口意味著更多的紅利。比較都市區（橙色立方體是美國資料）的研究表明，平均而言，大城市比小城市人均創造更多的財富和創新。隨著城市人口的增加（從左到右），工資（水平面）和專利（垂直面）的增長速度甚至更快。如果這些指標僅以與人口相同的速度增長（直接比例），則立方體將更接近藍線。一個典型的例子：聖路易斯和巴爾的摩地區，每個地區約有 250 萬居民，創造的總工資為 1180 億美元，而達拉斯，擁有 500 萬人口，工資為 1300 億美元。 圖片來源：Bryan Christie 圖表；來源：美國經濟分析局（美國都市區工資）；美國專利商標局（2000-2005 年間美國都市區提交的專利資料）；由 Deborah Strumsky 和 José Lobo 提供
然而，我們可以肯定地說，人口增加促進了更頻繁和更密集的社互動動，這些現象與更高的生產力和創新率以及消除低效率的經濟壓力相關。在租金高昂的城市中，只有增加實質價值的活動才能盈利。這些經濟壓力促使城市居民提出新的組織、產品和服務形式。反過來，更高的盈利能力、卓越性和選擇性往往會吸引更多人才來到城市，進一步推高租金，從而推動人們需要尋找更具生產力的活動。簡而言之，這種反饋機制是城市加速創新的主要原因。
更密集但更綠色
儘管城市在富裕國家和貧窮國家都創造了經濟機會，但居住在較富裕地區的人們很難想象為什麼這麼多貧窮國家的居民會被內羅畢、拉各斯或孟買等城市所吸引，在那裡，新來者往往最終住在充斥著汙染、犯罪和疾病的貧民窟中。然而，這些駭人聽聞的條件應該讓發達國家的居民想起他們自己的城市過去。當查爾斯·狄更斯在 19 世紀中期描寫倫敦的生活，或者當雅各布·里斯在 19 世紀後期拍攝紐約市下東區包釐街區時，他們都在報道類似的境況。這些城市在 19 世紀經歷了爆炸式增長——倫敦增長了七倍，紐約增長了近 60 倍。管理良好的現代城市已經證明，普遍存在的弊病並非不可避免。這些問題主要源於不存在或規劃不善以及缺乏良好的治理。事實上，這些組織特徵的發展可能是城市化最重要和最持久的影響，因為它為國家層面的社會經濟發展鋪平了道路。
除了財富和創新之外，即使在沒有立法的情況下，也會產生一些好處。一個值得注意的例子是城市對環境的影響。高質量的資料現在才開始出現，但我們已經可以看到，美國最大的城市人均二氧化碳排放量最低。這種收益主要是人們生活在更高密度地區的一個計劃外的副產品，因為大部分節省來自節能的公共交通和簡單的步行而不是駕駛。
對於印度或中國等發展中國家來說，環境效率變得更具挑戰性，因為這些國家仍然需要建設大量的城市基礎設施。儘管如此，城市化可能是我們星球環境挑戰的最可持續的解決方案。
然而，不受約束的增長可能會引發危機，在極端情況下，除非找到重大創新來刺激新的增長週期，否則可能會導致城市崩潰。從這個意義上講，城市永遠不會處於穩定的平衡狀態。它們存在於動態平衡之中——一種拉鋸戰——在將它們結合在一起的力量和那些可能將它們撕裂的力量之間。這種張力是城市推動創新的另一個原因：人類文明的許多偉大發明都源於迫切的需求。想想管道、電力，甚至民主——更不用說咖啡館了。
城市增長面臨的持續挑戰是，人類的創造力是否能夠保持足夠快的創新速度，以維持不斷擴大的城市人口，同時減少我們的人均資源消耗和對地球的影響。只要這種趨勢能夠繼續下去，城市將會變得越來越大，並將成為更具創造力和繁榮的人類不可避免的未來。