引言 珊瑚礁，城市，网络
当想象力
使未知事物有了形状
当诗人的笔
让它们成形
并给空中的虚无，一处居所，一个名号
——莎士比亚《仲夏夜之梦》，第5幕第1景第14～17行
达尔文的悖论
1836 年 4 月 4 日，在印度洋东部广阔的海面上，东北季风已慢慢停息。夏天的海面风平浪静。基林群岛（Keeling Islands）由两个小环礁合围而成，包括离苏门答腊岛以西970公里的27个珊瑚岛。群岛边，蓝蓝的海水平静无波，触手温润，令人沉醉；解体珊瑚上的白沙闪闪发亮，令海水增加了几分蓝意。在一处岸边，平常都会见到更大一些的海浪，而那一天，却异常平静。在热带广袤无边的蓝天下，查尔斯·达尔文（Charles Darwin）走到水边，看到了岛边围绕的活珊瑚。
几个小时的时间，达尔文走走停停，仔细观察着那些长势极好的珊瑚。那一年，达尔文 27 岁。在远离伦敦约 11 300 公里的这个小岛上，他站在悬崖上——双脚踩在根基位于海洋深处、而顶部几乎触及海面的海底山顶，思维徘徊在关于这座山峰如何形成的想法边缘。在他的脑海里，一个猜想即将破土而出。这个猜想可以解释这座山峰的形成原因，也将被证明是他科研生涯中第一个伟大的突破。同时，他也开始对另一个灵感进行探索，虽然它有些模糊，还没有完全成形。但这个灵感最终引领达尔文登上了 19 世纪知识殿堂的顶峰。
在达尔文的四周，珊瑚生态系统里的各种生物迅速移动，闪闪发亮。种类之多让人惊叹不已，有蝴蝶鱼、雀鲷、鹦嘴鱼、拿破仑鱼、神仙鱼；此外，还可以看见金色的小鱼群“仰仗”盛开的珊瑚花上的浮游生物为生，以及长有尖刺和触手的海胆与海葵。虽然眼前的奇景令达尔文眼花缭乱，但他的思绪却已穿过表面，去探寻更深处的秘密。4年后，达尔文出版了《乘小猎犬号环球航行》（The Voyage of the Beagle）。在书中，他写道：“热带海洋里到处是有机生物，数不胜数。对这些生物充满好奇是可以理解的。但是我个人觉得，很多自然学家在描述那些海底洞穴里的美景时，用词不实，过于渲染。”
从那一天开始到几周以后，达尔文并非只是沉醉于所见到的海底奇景，而是一直思考着一些问题，并试图解开那些不计其数的生物背后的秘密。在基林群岛的地面上，动植物的数量和种类并不多。就植物而言，只有少量椰子树、苔藓和杂草。他写道：“陆地上的动物，比植物还贫乏。”只能见到少量蜥蜴，很难见到真正的陆地上的鸟类。此外，就是一些随着欧洲的船只漂洋过海“移民”到当地的老鼠。达尔文对这种情况不屑地摇头说：“除了猪，再也看不到任何本土四足动物了。”
然而，在距离这片生物稀少的陆地几米远的珊瑚礁里，现象却千奇百怪，成千上万的生物都在蓬勃生长，其壮观程度堪比热带雨林。这真是一个谜。为什么环状珊瑚岛边的水域里可以有这么多的生物存在？从印度洋里任何一处取 1 万立方米的水，全面调查一下水中能找到的生物，可以发现，生物种类与达尔文笔下基林群岛上动物的情况一样，非常贫乏。倘若足够幸运，那么在取出的水中可以见到几十条鱼。然而，在达尔文观察的珊瑚礁边，上千条鱼却随处可见。根据达尔文自己的讲述，在海洋中遇到一片珊瑚礁生态系统，就像在沙漠里遇到一片葱茏的绿洲。人们把这一现象称作“达尔文的悖论 ”（Darwin’s Paradox）——在营养极少的水域里却生存着大量的生物，其生态位（ecological niche）的数量多得惊人。珊瑚礁仅占地球表面积的1/1 000，然而约占海洋生命种类 1/4 的物种都生长在珊瑚礁边。当 1836 年达尔文站在珊瑚礁边时，上面的这些数据他还无法取得。但在那之前，他乘坐“小猎犬号”航行了 4 年，所见所闻足以让他对珊瑚礁边的生物多样性产生研究兴趣，他知道这些不同寻常的现象并非偶然。
第二天，达尔文与“小猎犬号”的船长、海军中将詹姆斯·菲茨罗伊 （James FitzRoy）一起，去勘察环状珊瑚岛的向风地带，只见冲天巨浪冲刷着珊瑚礁的白色边沿。对于见多了英吉利海峡或地中海平静海面的人，会本能地为眼前翻滚的波涛所震惊（达尔文观察到那些碎浪的力量“近似温带地区的烈风，且绝不会停止肆虐”）。但吸引达尔文注意力的并非海浪的壮观，而是抵御海浪的神秘力量——组成珊瑚礁的那些微生物。
大海波涛翻涌，越过宽大的珊瑚礁，力量之大似乎无可匹敌。奇怪的是，它却遇到了克星。这些克星表面上毫无抵抗力，似乎一攻即破。然而，并非是大海饶了珊瑚礁，相反是它死攻不下。巨浪冲过珊瑚，形成猛烈的碎浪，扑上沙滩，砸上高高的椰子树，树干都弯曲甚至折断了，可见海浪威力之凶猛……然而，那些其貌不扬、个头低矮的珊瑚礁却屹立不倒，久攻不败。为什么呢？因为有另一种力量参与其中，并与海浪博弈。这种神秘的力量将碳酸钙的原子与碎浪阻隔开，并把那些原子拼排成一种对称结构。尽管飓风把海浪撕扯成无数碎浪，但这种神秘的力量像建筑家一样，一直在修筑能抵抗海浪的结构，因此，珊瑚礁安然无损。
“小猎犬号”的此次出航是为了完成一些科学探索。那些微小的“建筑师”们吸引了达尔文的注意，他甚至认为它们就是解答那些问题的关键。在海军中将詹姆斯·菲茨罗伊批准出航的公文中记录了探索的目标，其中之一就是调查环状珊瑚岛的成因。达尔文的导师查尔斯·赖尔（Charles Lyell）是一位杰出的地质学家。他提出一种新论断，认为地壳的猛烈运动导致了海底火山的爆发，然后，珊瑚群沿着火山口周边生成了珊瑚礁。因为火山口的形状是圆的，所以形成的珊瑚岛便为圆环状。虽然导师赖尔关于地壳深处运动的理论对达尔文的影响十分深刻，但站在海滩上，看到层层碎浪撞击珊瑚时，他知道导师关于环状珊瑚岛成因的论断并不正确。达尔文认为，简单的地质运动并不能解释眼前的一切，答案应该是一种绝不屈服的生命创造力。达尔文沉思了一会儿后，脑子里闪过一些想法，那些想法似乎正在慢慢聚集，合并成一种理论，以解释那种伟大的生命创造力。一些思考和问题的答案，虽然尚未成形，却正在渐渐地变得清晰。
几天的考察结束后，达尔文回到“小猎犬号”上再次翻看考察日志时，他陷入了沉思，那些海浪撞击珊瑚礁的画面一直在他眼前不断地浮现。他在日志上添加了一句话：“虽然我现在并不知道确切的原因，但我认为那些珊瑚岛海岸水域里的壮观景象一定有其成因。” 这一句话将在30年后出现在达尔文的名著《物种起源》（On the Origin of Species）中。最终，达尔文找到了问题的答案。
超线性城市
瑞士科学家马克斯·克莱伯（Max Kleiber）从小就成了拷问传统和规则的小怪才。20 世纪初期，克莱伯在苏黎世大学读本科，白天他在街头行走时的着装让人们大为惊叹。通常他只穿着凉鞋，衣领大开，这种装扮在正式场合是较为少见的。克莱伯在瑞士军队中服役时，无意中发现自己的长官们将情报出卖给德国军方，而瑞士官方早已公开表态在第一次世界大战中保持中立。这种情况让他非常惊恐，于是，在下一次征集令传到时，他悄悄地躲了起来。最终，他因此获刑几个月。几经辗转，当克莱伯终于在农业科学领域里一展抱负时，他早已对苏黎世社会中的种种规则与限制忍无可忍了。在之后的几十年里，无数的反传统人士和反战运动者们都效仿克莱伯的着装法，仅穿一双凉鞋就在大街上大步行走。后来，克莱伯搬到了加利福尼亚居住。
加利福尼亚大学戴维斯分校地处沃野千里的美国中央谷（Central Valley）中心区域。在该分校区的农业学院里，克莱伯在事业上取得了初步成就。起初，他的研究对象是牛，主要测量动物体重与其新陈代谢速度之间的关系，以及有机体燃烧能量的速度。测定新陈代谢率对养牛业有重要的意义，因为该数据能帮助牛农们合理地估算出牛群需要的食物量，同时，估算出在屠宰这些牛后，最终能产出多少牛肉。克莱伯刚到戴维斯分校不久，在研究中就发现了一条奇特的规律。为了验证这条神奇的数字规律的适用范围，克莱伯将研究对象扩展到牛以外的各种不同生物，包括老鼠、鸽子、狗，甚至是人。
科学家和一些热爱动物的人们很早之前就发现了这样一种情况：生物体的体积越大，它的生命进程就越慢。比如，苍蝇的生命短则数小时，长则几天，但大象却可以生存半个世纪之久。鸟类和其他体积小的哺乳动物，其心脏传输血液的速度非常快，是长颈鹿和蓝鲸的数倍。但生物体的体积与其生命长短之间的关系却并非是线性的。比如，马的体重可能是兔子的 500 倍，但马的脉搏速度却并非兔子的 1/500。克莱伯在戴维斯实验室中做了大量的测量，最终发现在这种标度现象中，隐藏着一条不变的数学关系——克莱伯定律（Kleiber’s Law）。如果将所测得的质量数据和新陈代谢率画到对数坐标中，将得到一条由低点往高点延伸的完美的直线——从位于低端的老鼠和鸽子到位于高端的公牛和长颈鹿。
在物理学家们的研究中，经常会发现一些美丽的方程式。但生物学研究的现象却要复杂和混乱得多，要得出完美的数学定律是极其困难的。随着克莱伯和他的研究团队们所研究物种的数量的增加，这条定律也更加清晰：生物体的新陈代谢率与其体重的 1/4 次幂呈反比。算法可简单表示为：（1）先将1 000 进行开平方根运算，运算结果约为 31。（2）再将 31 进行开平方根运算，运算结果约为 5.5。比如，奶牛的体重大约为土拨鼠的 1 000 倍，那么一般情况下，奶牛的生命比土拨鼠长 5.5 倍，而土拨鼠的心率却比奶牛快 5.5 倍。科学作家乔治·约翰逊（George Johnson）曾指出，克莱伯发现的定律中有一“可爱”之处，即不同物种之间的心跳数差异有一定的稳定性，较大体积的动物则需要更长的时间来耗尽其心跳总数。
在克莱伯发现这条定律后的几十年里，人们发现这一定律对细菌类微生物体和细胞的新陈代谢率也适用。人们甚至发现连植物的生长也遵循克莱伯定律。生命个体需要寻找适当的分配能量的方式，克莱伯定律就是这些生命个体发展过程中共同“遵守”的一条规律。
几年前，理论物理学家杰弗里·韦斯特（Geoffrey West）决定考察克莱伯发现的这条定律是否适用于人类最伟大的创造之一，即人类修建的超级有机体城市。城市的发展会不会引起其“生命的新陈代谢率”降低？大都市的“生命系统”里是否存在一些发展规律？杰弗里 · 韦斯特在一家颇具传奇色彩的研究所担任总负责人，这家研究所就是后来著名的圣塔菲研究所（Santa Fe Institute）。韦斯特召集了一些来自不同国家的研究人员和咨询人员，共同组建了一个团队，在世界各地的城市里收集数据，了解各种相关信息，包括犯罪率、家庭用电量情况、新发明的数量、汽油的消耗情况等。
最后，当韦斯特的团队在对所获数据进行分析时，发现克莱伯定律也适用于城市的能源和交通增长。这个发现证实了韦斯特之前的猜测，令他露出欣慰的笑容。能量在生物体体内消耗的速度遵照一定的规律，这条规律也同样支配城市“生命系统”内的各个部件，比如，加油站的数量、汽油消耗情况、公路的宽窄、电缆的长度等。从能量消耗的情况来看，如果把大象比作一只“放大”的老鼠，那么城市就是一头“放大”的大象。
在韦斯特团队的研究结果中，有一些数据并不遵照克莱伯定律，这一点最令人震惊。在他们取得的海量城市调查数据库中，还发现了另一条能量消耗的规律。根据这个团队取得的数据，各种与创造性相关的活动，包括专利发明、研发预算、“高创新性”的职业、发明创造等，都遵循另一条幂指数定律。唯一的不同之处在于，创新能力的幂指数大于1。如果一座城市比另一座大 9 倍，那么这座城市的创意能量则不是高出9 倍，而是要高出 16 倍；而如果一座国际大都市的规模是一个小镇的 50 倍时，它的创意能量则约是小镇的130 倍。
克莱伯定律表明，当生命体的体积增大时，它的代谢率会降低。但根据韦斯特的新发现，人造城市的发展与生命体的生长模式之间有一个重大的不同之处。当城市的规模增大时，城市内会快速地诞生更多新的创意。这种现象被称为“超线性标度”（superlinear scaling）。根据超线性标度，如果城市的规模大小与其所具备的创造力能量呈直线增长比例关系，那么在更大的城市中，则更容易找到更多的专利和发明，但每个城市里的人均专利与发明数量则是大体相等的。韦斯特发现的这一规律较克莱伯的新发现更加引人深思：尽管在大都市里，噪音不断，人群拥挤，令人分心的干扰无数，然而如果这里居住着 500 万人，这个城市的创造力则是一个人口数量为 10 万人的小镇的 3 倍。
简·雅各布斯（Jane Jacobs）在韦斯特发现这条定律的 50 年前，就曾在书中写道：“大城市并非只是一个放大版的小镇。”韦斯特的幂指数定律给这种说法提供了新的数学依据。人们开始思考这样一个问题，大城市的环境中独具了一种什么特点，使它可以让其中的居民比小镇居民创造出更多的新事物呢？
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