作者：杰弗里·韦斯特
引子：伽利略的洞见提起伽利略，大家可能会想到，比萨斜塔上的著名实验：伽利略手持大小不同的两个铁球，轻轻放下，最终同时落地。随着铁球一同落下的，还有许多围观者的下巴。
此前，在长达两千年的时间里，基于直觉的亚里士多德理论统治着世界：重的物体要比轻的物体先落地，而且下落的速度与物体的重量成正比。
这次实验物理学里程碑式的反直觉事件，让伽利略被后人尊称为“现代科学之父”。
即使对物理学、数学、天文学和哲学做出了影响深远的杰出贡献，晚年的伽利略却由于支持哥白尼的日心说，在69岁高龄时被罗马宗教裁判所关押，在软禁中度过了余生。
在长达九年的软禁期间，伽利略写出了一生中最好的作品，也是科学文献史上的典范《关于两种新科学的对话与数学证明》。这本书，记述了伽利略40年来系统性地应对“以逻辑、理性的框架理解我们周遭自然世界”这一挑战的研究成果，为日后牛顿及许多科学成就奠定了基础。
这本伟大的书籍，以三人对话的形式写就。在虚构的四天见面时间里，他们就（伽利略希望解答的）的各种问题展开讨论和辩论。
在对话的第二天，书中伽利略的化身萨尔维亚蒂，提出了一个有趣的问题：
自然界能否长出巨大的树木，人、马或其他动物的身高能否无限增长，又或者能否造出巨大无比的轮船、宫殿或寺庙？
伽利略的观点简单直接，这是不可能的。无论是自然界的生物，还是人类造的物品，它们能够长到多大要受到基本的限制。
伽利略的洞见示意图
限制来源于一对基本的矛盾。当物体的长宽高等比例扩大一倍，在密度不变的情况下，其重量（也就是体积）会增长8倍，而强度（也就是面积）仅增长4倍。
持续增长下去，最终的结果就是：自重会超越自身的承重能力，进而压垮自己。
伽利略的洞见，有着深远的影响。
比如，像哥斯拉这样身高数百英尺的庞大怪兽根本不可能存在。原因在于，如果它也是由构成生命的基础材料组成的，不要说身手敏捷，仅仅是它的体重就能把自己压垮（想想那些只能终日卧床的大胖子吧）。
等比例缩放所带来的非线性变化，在《规模》一书中，被拓展到更广阔的层面。不仅是生命，就连城市和公司，其背后都有着统一的规模法则。
在多样和复杂的背后，有着惊人的简单与一致。
生命与规模生命或许是宇宙中最复杂、最多样化的现象。据估计，地球上有超过万不同的物种。最小的细菌质量不足1皮克（万亿分之一克），而最大的动物蓝鲸则重达多吨。
不只是质量，物种的寿命与胃口也是千差万别。许多细菌仅能存活1小时，所需的食物微不足道；而鲸类普遍可以存活百年之久，每天需要吞食数吨的鱼虾。
生命系统是典型的复杂系统，运行在范围广阔的多个空间、时间、能量和质量的尺度上。同时，生命系统又是自适应系统，在自然的选择下，更适应环境的偶发突变得以保留，并通过繁衍快速放大。
既然物种的多样性能够归结为进化规则经年累月、反复作用的结果，那在这多姿多彩的背后，是否还有为生命所普遍遵循、跨越尺度差异的基本规律呢？
答案是有的。
代谢率：生命的规模效应
新陈代谢的正常运行是生命得以维持的基本前提。代谢能量为生物体提供维持、生长、繁殖及体液循环、肌肉收缩、神经传导等生命过程所需的动力。如果不能从食物中汲取代谢能量，无论是大脑中的神经元还是基因中的遗传因子，都将无法发挥正常作用。
代谢率是生物学的基本速率，衡量生物每天需要多少食物才能生存，通过它可以确定生物体几乎所有的生命节奏。以我们人类为例，平均基础代谢率大约90瓦特，相当于一只白炽灯泡，也相当于每天需要通过饮食摄入卡路里的热量。
人类如此，其他生物每天需要多少食物和能量呢？
动物代谢率与其体重的关系
如上图所示，你可以会感到惊讶，动物的代谢率与其体重竟然呈现出清晰的比例关系。
实际上，早在年，丹麦生理学家马克斯·克莱伯就在常见的动物身上发现了这一规律。此后，研究人员做了深入的拓展，发现同样的法则适用于横跨27个数量级的不同生物。
细心的读者，可能会进一步发现，规律呈现为对数坐标系下的一条略向下倾斜的直线。之所以采用对数坐标系，是为了在有限的空间里展示更大的范围。而略向下倾斜，意味着直线的斜率小于1。
实际上，直线的斜率为3/4，这也是克莱伯定律中的著名指数。这意味着，如果30克体重的老鼠，代谢率为1瓦特的话，那么体重克的猫，代谢率为32瓦特。
如此一来，尽管猫的体重是老鼠的倍，但其代谢率仅为老鼠的32倍。也就是说，代谢率的增长，要显著低于体重的增长，这让生命系统具备了规模经济。
生长、寿命与心跳：规模效应的影响
动物体形扩大一倍，只需增加75%的能量消耗，等价于每次体重翻番都能节约25%的能量。这种系统性的规模经济给生命带来深远的影响。
首先来看看生长。对于生命来说，摄入的代谢能量，一方面用于细胞的一般性维护和修复，另一方面则用于生成新的细胞。换句话说，代谢能量遵循着基本的守恒规律，要么用于维护，要么用于生长。
想象一下，一个生物体的体形加倍，相应的体内细胞的数量也会加倍，因而细胞生长所需的能量也要加倍。然而，其代谢率（能量供应）仅为原来的1.倍，小于2。这就导致用以维持存量细胞所需的能量比新陈代谢所能提供的能量增长得更快，迫使可用于生长的能量持续地减少并最终归零，因而生长停止在某一时刻。
这就是，为什么我们最终会停止生长，即使我们仍然在进食，仍然在新陈代谢。同样的，维护能量的持续增加，可以定量地解释了为什么我们的生长速度，在刚出生时最快，后来逐渐变缓，并最终停止。
这一通用过程，决定了所有动物的生长曲线，看起来都很类似。它揭示了生命的高度一致性和相互联系性。
所有动物的共通生长曲线
我们再来看看寿命。现代社会的一大改善是，人类的平均寿命在不断延长。自然，我们很