Astrofiziķi pierāda, ka pilsētas uz Zemes aug tāpat kā galaktikas kosmosā

Pilsētu sociologi jau sen ir zinājuši, ka ievērojamu likumu kopums regulē liela mēroga mijiedarbību starp indivīdiem, piemēram, iespējamību, ka viena persona sadraudzēsies ar otru, un pilsētu lielumu, kurā viņi dzīvo.

Pēdējais ir Zipf likuma piemērs. Ja pilsētas ir uzskaitītas pēc lieluma, tad pilsētas rangs ir apgriezti proporcionāls tajā dzīvojošo cilvēku skaitam. Piemēram, ja ASV lielākajā pilsētā dzīvo 8 miljoni cilvēku, otrajā lielākajā pilsētā iedzīvotāju skaits būs 8 miljoni, dalīts ar 2, trešajā lielākajā pilsētā iedzīvotāju skaits būs 8 miljoni, dalīts ar 3 un tā tālāk. .

Šīs vienkāršās attiecības ir pazīstamas kā mērogošanas likums, un tās ļoti labi atbilst novērotajam pilsētu izmēru sadalījumam.

Vēl viens interesants piemērs ir iespējamība, ka viens cilvēks būs draugs ar otru. Tas izrādās apgriezti proporcionāls to cilvēku skaitam, kuri dzīvo tuvāk pirmajai personai nekā otrajai.

Šie likumi ir interesanti, ka, lai gan tie ir plaši pieņemti, neviens nezina, kāpēc tie ir patiesi. Nav dziļāka teorētiskā modeļa, no kura izriet šie likumi. Tā vietā tie nāk vienkārši no pilsētu un draudzības izmērītajām īpašībām.

Mūsdienās viss mainās, pateicoties Henrija Lina un Abrahama Lēba darbam Hārvarda-Smitsona astrofizikas centrā Kembridžā. Šie puiši ir atklājuši vienu vienojošu principu, kas izskaidro šo likumu izcelsmi.

Un šeit ir lieta: viņu pieeja matemātiski ir līdzvērtīga tam, kā kosmologi apraksta galaktiku augšanu kosmosā. Citiem vārdiem sakot, pilsētas veidojas no iedzīvotāju blīvuma izmaiņām tieši tādā pašā veidā, kā galaktikas veidojās no matērijas blīvuma izmaiņām agrīnajā Visumā.

Šie puiši sāk, izveidojot matemātisko modeli, kā cilvēku populācijas blīvums mainās plakanā Eiklīda plaknē. (Viņi saka, ka savā modelī var ignorēt Zemes izliekuma ietekmi, jo jebkuras iedzīvotāju blīvuma atšķirības būs nelielas, salīdzinot ar Zemes rādiusu.)

Tieši tā kosmologi domā par galaktiku evolūciju. Viņi vispirms ņem vērā agrīnā Visuma matērijas blīvumu. Tālāk viņi aplūko jebkuru šī blīvuma variāciju matemātisko struktūru. Un visbeidzot viņi izmanto šo matemātiku, lai pārbaudītu, kā šis blīvums laika gaitā var mainīties, jo vairāk vielas tiek pievienotas vai izņemtas no konkrētiem reģioniem.

Daudzu gadu desmitu darba dēļ kosmoloģijā šie matemātiskie rīki jau ir labi saprotami un viegli piemērojami līdzīgai iedzīvotāju blīvuma problēmai uz Zemes. Viss, kas nepieciešams, ir daži dati, lai kalibrētu matemātisko modeli.

Piemēram, laiks, kas nepieciešams, lai jebkādi iedzīvotāju blīvuma traucējumi izlīdzinātu sevi, ir aptuveni pieci gadi. Tas ir laika posms, kurā aptuveni 35 procenti cilvēku ASV maina dzīvesvietu.

Izveidojuši modeli, kā iedzīvotāju blīvums mainās, Lins un Lēbs pārbauda modeli, salīdzinot ar publiski pieejamiem datiem. Viņi saka, ka rezultāti labi saskan ar teorētiskajām prognozēm plašā telpisko mērogu diapazonā no dažiem km līdz ∼ 10^3 km.

Viņi turpina aprēķināt pilsētu skaitu, kas pārsniedz noteiktu iedzīvotāju skaita slieksni, un, izmantojot modeli, parāda, ka šim daudzumam ir logaritmiskais slīpums, kas vienāds ar -1. Šis apgalvojums ir līdzvērtīgs Zipfa likumam: pilsētas rangs ir apgriezti proporcionāls tās lielumam, norāda Lins un Lēbs.

Viņi arī aprēķina vidējo draugu skaitu, kas personai varētu būt noteiktā reģionā. Un atkal viņu modelis nāk klajā ar apgrieztā ranga draudzības likumu, kas pilsētu sociologiem jau ir pazīstams.

Interesanti, ka viņi saka, ka viņu modelis noved pie tiem pašiem likumiem dažādiem sākotnējiem nosacījumiem. Tas ir svarīgi, jo modeļiem nav nepieciešama precīza pielāgošana, lai tie atbilstu novērotajiem datiem, kas ir problēma, ko kosmologi ļoti labi pārzina.

Lina un Lēba darbs nav tikai matemātisks kuriozs. Tam ir būtiska ietekme uz citiem faktoriem, kas saistīti ar iedzīvotāju blīvumu, piemēram, slimību izplatību. Patiešām, viņi saka, ka viņu modelis norāda uz jaunu veidu, kā noteikt, kā slimība izplatās, pamatojoties uz parametru, ko viņi sauc par novirzes faktoru, kam vajadzētu būt novērojamam vēsturiskajos datos par epidēmijām.

Tāpat kā modeļu izstrāde nelineāras struktūras veidošanai Visumā izraisīja daudzus teorētiskus un novērojumus kosmoloģijā, turpmākais darbs šeit varētu ietvert jaunu novērojamo faktoru, piemēram, epidēmiju izplatības novirzes faktora, aprēķinu, viņi secina. .

Tā ir aizraujoša zinātnes daļa, kas pirmo reizi noved pie vienotas pilsētas evolūcijas teorijas.

Atsauce: http://arxiv.org/abs/1501.00738 : vienojoša teorija cilvēku populāciju mērogošanas likumu noteikšanai

paslēpties