張剛 賈志永 左大杰
(西南交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院,成都610031)
基于互感理論的城市間相互作用的機(jī)理和效應(yīng)研究*
——以成都、綿陽(yáng)、德陽(yáng)為例
張剛賈志永左大杰
(西南交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院,成都610031)
運(yùn)用經(jīng)濟(jì)物理學(xué)的研究方法,以電磁學(xué)中的互感理論及模型為研究工具,構(gòu)建了城市互感理論模型。城市間的相互作用具有互感的特征。在兩個(gè)相鄰的城市間,任一城市的經(jīng)濟(jì)流發(fā)生變化會(huì)在另一個(gè)城市中激發(fā)感應(yīng)經(jīng)濟(jì)勢(shì)和感應(yīng)經(jīng)濟(jì)流,形成城市間互感。兩個(gè)功能趨同的城市間相互作用,一個(gè)城市的加快發(fā)展會(huì)抑制另一個(gè)城市的發(fā)展;兩個(gè)功能互補(bǔ)的城市間相互作用,一個(gè)城市的加快發(fā)展會(huì)促進(jìn)另一個(gè)城市的發(fā)展。以成都、綿陽(yáng)、德陽(yáng)為例得到了經(jīng)驗(yàn)實(shí)證。
經(jīng)濟(jì)物理學(xué);互感;城市間相互作用
近年來(lái),日益增多的經(jīng)濟(jì)學(xué)家和物理學(xué)家專(zhuān)注于把物理學(xué)的許多重要理論成果運(yùn)用到經(jīng)濟(jì)研究中來(lái),一大批與經(jīng)濟(jì)學(xué)相關(guān)的重要論文在物理學(xué)雜志上發(fā)表,極大地促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)學(xué)的發(fā)展。[1]1995年,美國(guó)科學(xué)院院士H.E.Stanley等提出經(jīng)濟(jì)物理學(xué)(Econophysics)這一新的交叉學(xué)科。顧名思義,經(jīng)濟(jì)物理學(xué)是運(yùn)用物理學(xué)的思想、理論、方法和模型研究經(jīng)濟(jì)或金融的現(xiàn)象和問(wèn)題的一門(mén)科學(xué)。至此,把物理學(xué)中已有的規(guī)律和模型直接應(yīng)用到經(jīng)濟(jì)分析中來(lái)的傾向和努力更加凸顯,運(yùn)用物理學(xué)的理論成果研究經(jīng)濟(jì)問(wèn)題不再是插曲,而是作為一門(mén)學(xué)科,成為一種趨勢(shì)。[2]所以基于經(jīng)濟(jì)物理學(xué)的研究方法,以電磁學(xué)中的互感理論及模型為研究工具,探討城市間相互作用的機(jī)理和效應(yīng),是研究城市間相互作用的一個(gè)新視角和新方法。
現(xiàn)有把物理學(xué)的思想、理論和方法運(yùn)用于城市間相互作用的研究,絕大部分都是基于物理學(xué)中的萬(wàn)有引力定律及其模型或其拓展模型,研究成果較為深刻和豐富。[2]-[16]但也存在明顯的局限性:(1)在方法論上,現(xiàn)有基于場(chǎng)論對(duì)城市間相互作用的研究,實(shí)質(zhì)上是類(lèi)比法,沒(méi)有一門(mén)學(xué)科作基礎(chǔ),顯得層次不高而方法單一。(2)現(xiàn)有研究對(duì)城市間相互作用機(jī)理的分析失于簡(jiǎn)單。城市間的相互作用呈現(xiàn)什么特征?這種相互作用的效應(yīng)如何體現(xiàn)?顯得相對(duì)薄弱。所以,城市間相互作用的研究,視角需要拓展,方法論需要提升,內(nèi)容需要豐富和深化。
經(jīng)濟(jì)物理學(xué)是運(yùn)用物理學(xué)的理論和方法研究經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象和問(wèn)題的一門(mén)科學(xué),強(qiáng)調(diào)的是經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象背后的動(dòng)力學(xué)機(jī)制及經(jīng)濟(jì)個(gè)體之間的相互作用。[1,2,17]“電動(dòng)力學(xué)”可以成為“經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)”得以運(yùn)行的物理基礎(chǔ)之一。[2]“電動(dòng)力學(xué)”中最重要的物理圖像之一就是“場(chǎng)”,特別是電磁場(chǎng)。其實(shí),研究“經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)”時(shí),外部信息對(duì)“行為人”的影響實(shí)質(zhì)上是一種“場(chǎng)”的作用,“行為人”在這種“外場(chǎng)”的作用下,調(diào)整策略,相機(jī)而行,其結(jié)果亦對(duì)“外場(chǎng)”有反作用。處于“場(chǎng)”中的物體,場(chǎng)對(duì)它的作用與它對(duì)場(chǎng)的反作用,皆可通過(guò)麥克斯韋方程組,結(jié)合適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件研究之。[2,17,18]電動(dòng)力學(xué)等物理學(xué)理論在不需要對(duì)所研究的經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)事先做出詳細(xì)與精微描述的前提下,就能做出對(duì)該經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)全局行為的理解。[1,17,19,20]所以基于經(jīng)濟(jì)物理學(xué)的方法,運(yùn)用互感理論及其模型構(gòu)建城市互感理論及模型,研究城市間相互作用的機(jī)理和效應(yīng),既是對(duì)現(xiàn)有研究視角的拓展和研究方法的提升,也是對(duì)研究?jī)?nèi)容的豐富和深化。
(一)城市互感的引入
互感是經(jīng)典電磁學(xué)的基礎(chǔ)概念。兩個(gè)相鄰的載流線圈1、2,分別通有電流I1和I2,線圈1磁場(chǎng)的磁感應(yīng)線有一部分穿過(guò)線圈2,當(dāng)I1變化時(shí),穿過(guò)線圈2的磁通量發(fā)生變化,在線圈2中產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)和感生電流;同理,當(dāng)I2變化時(shí),在線圈1中也會(huì)產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)和感生電流。這種由于一個(gè)線圈中電流變化激發(fā)另一個(gè)線圈中產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)和感生電流的現(xiàn)象稱(chēng)為互感。
城市間相互作用的過(guò)程中存在類(lèi)互感現(xiàn)象(如表1)。可見(jiàn),正如帶電體具有電勢(shì)一樣,每個(gè)城市都具有經(jīng)濟(jì)勢(shì);電勢(shì)可以產(chǎn)生電流,經(jīng)濟(jì)勢(shì)可以產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)流。電流產(chǎn)生電磁場(chǎng),城市的經(jīng)濟(jì)流產(chǎn)生城市場(chǎng),處于其中的城市都受其作用。正如兩個(gè)相鄰的線圈,任一線圈的電流發(fā)生變化都會(huì)在另一線圈中激發(fā)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流形成互感一樣,兩個(gè)相鄰的城市間,任一城市經(jīng)濟(jì)流發(fā)生變化也都會(huì)在另一城市中激發(fā)產(chǎn)生感應(yīng)經(jīng)濟(jì)勢(shì)和感應(yīng)經(jīng)濟(jì)流形成城市間互感??梢?jiàn),城市間的相互作用具有互感的特征,與電磁學(xué)中的互感的性質(zhì)特征類(lèi)似。所以運(yùn)用經(jīng)濟(jì)物理學(xué)的研究方法,以電磁學(xué)中的互感理論為研究工具,構(gòu)建城市互感理論及模型來(lái)探討城市間相互作用的機(jī)理和效應(yīng),具有科學(xué)合理性。
表1 城市間相互作用和互感的相似性
(二)城市互感模型
為了分析更形象、深入,用一個(gè)N扎線圈表示一個(gè)城市。N反映了城市的分工程度(可用產(chǎn)業(yè)的種類(lèi)表示),N越大表示分工越發(fā)達(dá),城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度越高。
如圖1,城市1的經(jīng)濟(jì)流I1變化導(dǎo)致城市場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度B1變化,B1變化導(dǎo)致穿過(guò)城市2的全質(zhì)通Ψ發(fā)生變化,Ψ變化導(dǎo)致城市2產(chǎn)生感生經(jīng)濟(jì)勢(shì)∑2和感生經(jīng)濟(jì)流i2;同理,城市2的經(jīng)濟(jì)流I2變化導(dǎo)致城市1產(chǎn)生感生經(jīng)濟(jì)勢(shì)∑1和感生經(jīng)濟(jì)流i1。這種由于一個(gè)城市的經(jīng)濟(jì)流變化引起臨近另一個(gè)城市中產(chǎn)生感生經(jīng)濟(jì)勢(shì)和感生經(jīng)濟(jì)流的現(xiàn)象為城市間的互感。
設(shè)Ψm21為城市1產(chǎn)生的城市質(zhì)場(chǎng)B1穿過(guò)城市2的全質(zhì)通,Ψm12為城市2產(chǎn)生的城市質(zhì)場(chǎng)B2穿過(guò)城市1的全質(zhì)通,借鑒電磁學(xué)的互感理論,得:
式中,Φm為穿過(guò)一個(gè)線圈的城市質(zhì)場(chǎng)通量。M21=M12+M,M為城市間的互感系數(shù)。
圖1 城市間的互感
城市1的I1的變化在城市2中產(chǎn)生的感生經(jīng)濟(jì)勢(shì)為:
設(shè)城市中阻礙經(jīng)濟(jì)變化的阻值為R2,則該感生經(jīng)濟(jì)勢(shì)在城市2中產(chǎn)生的感生經(jīng)濟(jì)流為:
即,城市1的I1的變化在城市2中產(chǎn)生的感生經(jīng)濟(jì)流的強(qiáng)度與互感系數(shù)M和I1的變化率正相關(guān),與城市2自身阻值R2的大小負(fù)相關(guān),方向與I1變化的方向相反。
同理,城市2的I2的變化在城市1中產(chǎn)生的感生經(jīng)濟(jì)勢(shì)和感生經(jīng)濟(jì)流分別為:
城市間相互作用的機(jī)理和效應(yīng)體現(xiàn)在基于城市互感模型的2個(gè)假說(shuō)上。
假說(shuō)1:在封閉區(qū)域下,若兩個(gè)城市功能趨同,則一個(gè)城市的加快發(fā)展會(huì)抑制另一個(gè)城市的發(fā)展。
證明:封閉區(qū)域條件是指,在討論城市間的相互作用時(shí),參照基準(zhǔn)僅限于被討論的城市。開(kāi)放區(qū)域條件是指,在討論城市間的相互作用時(shí),參照基準(zhǔn)不僅包括被討論的城市,而是擴(kuò)大到一定的范圍,如西南地區(qū)、全國(guó),乃至更大。本文中的封閉和開(kāi)放是指分析的方法,封閉條件和開(kāi)放條件指的是“討論的參照基準(zhǔn)”,而不是“城市是否與外界發(fā)生經(jīng)濟(jì)關(guān)系”。
如圖2所示,兩個(gè)功能趨同的城市,其經(jīng)濟(jì)流的方向一致。城市1的加快發(fā)展必然導(dǎo)致其經(jīng)濟(jì)流I1的增加,I1的增加導(dǎo)致其城市場(chǎng)的感應(yīng)強(qiáng)度B1的增加,B1的增加導(dǎo)致穿過(guò)城市2的全質(zhì)通Ψm21的增加,Ψm21的增加致使城市2產(chǎn)生與I2反向的感生經(jīng)濟(jì)勢(shì)∑2和感生經(jīng)濟(jì)流i2,從而使城市2的經(jīng)濟(jì)流I2減小,即I1↑→Ψm21↑→-∑2→-i2→I2↓。即功能趨同的兩城市相互抑制。
圖2 功能趨同的兩城市相互抑制
假說(shuō)2:在封閉區(qū)域下,若兩個(gè)城市功能互補(bǔ),則一個(gè)城市的加快發(fā)展會(huì)促進(jìn)另一個(gè)城市的發(fā)展。
證明:如圖3所示,兩個(gè)功能互補(bǔ)的城市,其經(jīng)濟(jì)流的方向相反。城市1的加快發(fā)展必然導(dǎo)致其經(jīng)濟(jì)流I1的增加,I1的增加導(dǎo)致其城市場(chǎng)的感應(yīng)強(qiáng)度B1的增加,B1的增加導(dǎo)致穿過(guò)城市2的全質(zhì)通Ψm21的減小,Ψm21的減小致使城市2產(chǎn)生與I2同向的感生經(jīng)濟(jì)勢(shì)∑2和感生經(jīng)濟(jì)流i2,從而使城市2的經(jīng)濟(jì)流I2增加,即I1↑→Ψm21↑→∑2→i2→I2↑。即功能互補(bǔ)的兩城市間相互促進(jìn)。
圖3 功能互補(bǔ)的兩城市相互促進(jìn)
(一)假說(shuō)1的經(jīng)驗(yàn)實(shí)證
假說(shuō)1:在封閉區(qū)域下,若兩個(gè)城市的功能趨同,則一個(gè)城市的加快發(fā)展會(huì)抑制另一個(gè)城市的發(fā)展。
實(shí)證分析:
1.GDP增長(zhǎng)的加速度可以是驗(yàn)證假說(shuō)1的操作變量
即對(duì)于某一特定的物體,由于其質(zhì)量m是恒定的,所以加速度的變化取決于物體受到的力。
經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的加速度的變化,源于經(jīng)濟(jì)體受到了促進(jìn)或阻礙其經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的力。GDP增長(zhǎng)的加速度為正,是因?yàn)槭艿搅舜龠M(jìn)其增長(zhǎng)的力;GDP增長(zhǎng)的加速度為負(fù),是因?yàn)槭艿搅俗璧K其增長(zhǎng)的力,故GDP增長(zhǎng)的加速度可以是驗(yàn)證假說(shuō)1的操作變量。所以,如果城市1和城市2功能趨同,城市1加快發(fā)展,其GDP增長(zhǎng)的加速度大于城市2的GDP增長(zhǎng)的加速度,則可驗(yàn)證城市1的加快發(fā)展抑制了城市2的發(fā)展;反之亦然。
2.以綿陽(yáng)-德陽(yáng)為例
綿陽(yáng)-德陽(yáng)兩個(gè)城市,距離相近、資源稟賦相近,都是重工業(yè)城市,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)相似性系數(shù)均在0.97以上,城市功能趨同(見(jiàn)表2),接近條件假設(shè)。
依據(jù)綿陽(yáng)市和德陽(yáng)市的地區(qū)生產(chǎn)總值(GDP)計(jì)算增長(zhǎng)速度和加速度分別見(jiàn)表3、4、5。
表2 綿陽(yáng)-德陽(yáng)市三次產(chǎn)業(yè)的比重表
表3 2009—2013年綿陽(yáng)市GDP及其加速度等數(shù)據(jù)表
表4 2009—2013年德陽(yáng)市GDP及其加速度等數(shù)據(jù)表
表5 2009—2013年綿陽(yáng)、德陽(yáng)市GDP增長(zhǎng)的加速度表
由表3、4、5可見(jiàn),2010年,綿陽(yáng)市GDP增長(zhǎng)率的加速度大于德陽(yáng)市GDP增長(zhǎng)率的加速度,即a1>a2;2011年,綿陽(yáng)市GDP增長(zhǎng)率的加速度小于德陽(yáng)市GDP增長(zhǎng)率的加速度,即a1 兩個(gè)功能趨同的城市,一個(gè)城市的加快發(fā)展會(huì)抑制另一個(gè)城市的發(fā)展,實(shí)質(zhì)是,兩個(gè)功能趨同的城市,其產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)亦趨同。一個(gè)城市加快發(fā)展了,從另一個(gè)城市集聚了生產(chǎn)要素,抑制了另一城市與之同構(gòu)的產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,集聚了生產(chǎn)要素的城市獲得了經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動(dòng)力,流失了生產(chǎn)要素的另一個(gè)城市產(chǎn)生了經(jīng)濟(jì)發(fā)展的阻力,致使一個(gè)城市的GDP增長(zhǎng)的加速度大于另一個(gè)城市的GDP增長(zhǎng)的加速度。 (二)假說(shuō)2的經(jīng)驗(yàn)實(shí)證 假說(shuō)2:在封閉區(qū)域下,若兩城市功能互補(bǔ),則一個(gè)城市的加快發(fā)展會(huì)促進(jìn)另一個(gè)城市的發(fā)展。 實(shí)證分析: 1.驗(yàn)證假說(shuō)2的思路 如果城市1和城市2功能互補(bǔ),城市1的加快發(fā)展促進(jìn)了城市2的發(fā)展,實(shí)質(zhì)是城市1的加快發(fā)展給予了城市2發(fā)展的動(dòng)力;反之亦然。鑒于我國(guó)絕大多數(shù)城市的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)主要源于資本和勞動(dòng),所以本文選用固定資產(chǎn)投資作為參照變量。如果城市1的GDP增長(zhǎng)率高于其固定資產(chǎn)投資的增長(zhǎng)率,同時(shí)城市2的GDP增長(zhǎng)率也高于其固定資產(chǎn)投資的增長(zhǎng)率,則可認(rèn)為兩城市的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)相互促進(jìn)。 2.以成都-德陽(yáng)為例 (1)成都-德陽(yáng)接近條件假設(shè) 成都-德陽(yáng),距離相近、資源稟賦相異,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)相似性系數(shù)均在0.91以下,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)差異較大(見(jiàn)表6),城市功能互補(bǔ),接近條件假設(shè)。 (2)成都-德陽(yáng)相互促進(jìn)發(fā)展驗(yàn)證假說(shuō)2 首先,根據(jù)2009—2013年間成都市的相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算GDP增長(zhǎng)的幅度、固定資產(chǎn)投資的增長(zhǎng)等,見(jiàn)表7。 由表7可見(jiàn),2010—2013年,成都市固定資產(chǎn)投資比上一年的增長(zhǎng)分別為5.7%、17.64%、 17.66%、10.37%;GDP的增長(zhǎng)率分別為23.29%、23.48%、18.73%、11.92%。GDP比上一年的增長(zhǎng)v1均大于固定資產(chǎn)投資比上一年的增長(zhǎng)v2,說(shuō)明假說(shuō)2的現(xiàn)象在成都市的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)中明顯存在。 表6 成都-德陽(yáng)市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)相似性系數(shù) 表7 2009—2013年成都市GDP、固定資產(chǎn)投資相關(guān)數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果表 表8 2009—2013年德陽(yáng)市GDP和固定資產(chǎn)投資相關(guān)數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果表 其次,根據(jù)2009—2013年間德陽(yáng)市的相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算GDP和固定資產(chǎn)投資的增長(zhǎng)等,結(jié)果見(jiàn)表8。 由表8可見(jiàn),2010—2012年,德陽(yáng)市GDP比上一年的增長(zhǎng)分別為18.12%、23.46%、12.55%,分別高于固定資產(chǎn)投資比上一年的增長(zhǎng)-19.49%、8.17%、12.38%。說(shuō)明在德陽(yáng)市的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)中假說(shuō)2的現(xiàn)象表現(xiàn)明顯。 可見(jiàn),2009—2013年間,成都-德陽(yáng)間,“GDP比上一年增長(zhǎng)”的幅度均大于相同年份固定資產(chǎn)投資增長(zhǎng)的幅度。假說(shuō)2的現(xiàn)象明顯存在。 兩個(gè)功能互補(bǔ)的城市,其發(fā)展相互促進(jìn),實(shí)質(zhì)是兩個(gè)城市的產(chǎn)業(yè)互補(bǔ),一個(gè)城市加快發(fā)展,通過(guò)產(chǎn)業(yè)間的關(guān)聯(lián)效應(yīng),促進(jìn)了另一城市與之互補(bǔ)的產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,致使支撐兩個(gè)城市發(fā)展的生產(chǎn)要素的潛能得到更大程度的發(fā)揮,發(fā)展的動(dòng)力增加,使得兩個(gè)城市的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)相互促進(jìn)。 城市間的相互作用具有互感的特征。兩個(gè)相鄰的城市間,任一城市的經(jīng)濟(jì)流發(fā)生變化會(huì)在另一個(gè)城市中激發(fā)感應(yīng)經(jīng)濟(jì)勢(shì)和感應(yīng)經(jīng)濟(jì)流,形成城市間互感。兩個(gè)功能趨同的城市之間,一個(gè)城市的加快發(fā)展會(huì)抑制另一個(gè)城市的發(fā)展。這種相互抑制的現(xiàn)象在綿陽(yáng)-德陽(yáng)兩市的相互作用中明顯存在。兩個(gè)功能互補(bǔ)的城市之間,一個(gè)城市的加快發(fā)展會(huì)促進(jìn)另一個(gè)城市的發(fā)展。這種相互促進(jìn)的現(xiàn)象在成都-德陽(yáng)兩市的相互作用中明顯存在。 [1]羅薩里奧·N·曼特尼亞,H·尤金·斯坦利.經(jīng)濟(jì)物理學(xué)導(dǎo)論[M].北京:中國(guó)人民大學(xué)出版社,2006:1-5. 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(責(zé)任編輯吳曉妹) F290 A 1001-862X(2016)02-0057-006 本刊網(wǎng)址·在線雜志:www.jhlt.net.cn 國(guó)家社會(huì)科學(xué)基金項(xiàng)目“生態(tài)文明與產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移雙約束下西部綜合運(yùn)輸系統(tǒng)演變及優(yōu)化研究”(15BGL003) 張剛(1972—),安徽淮北人,西南交通大學(xué)博士生,主要研究方向:宏觀經(jīng)濟(jì)管理;賈志永(1948—),河北石家莊人,西南交通大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師,主要研究方向:宏觀經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析;左大杰(1978—),湖北廣水人,博士,西南交通大學(xué)副教授,主要研究方向:交通運(yùn)輸規(guī)劃與管理。四、結(jié)論