Kuten vaikkapa professorit Geoffrey West ja Micheal Batty ovat huomauttaneet, kaupungit ovat luonteeltaan emergenttejä, kompleksisia ja sopeutuvia systeemejä. Ja vaikka kuinka suunnitellaan, monenlaista yllättävää ilmaantuu. Ja tämä tietysti tekee kaupungeista kiinnostavia niin tutkimuksen kuin käytännön kehittämisen näkökulmasta. Saadakseen kaupungeista otetta tutkijat ja kehittäjät ovat pyrkineet tunnistamaan kaupunkien kehittymiseen liittyviä lakeja ja vakioita. Edellä mainitut herratkin ovat osaltaan tutkineet ja kirjoittaneet aiheesta.

Säästääkseen lukijoidensa vaivaa Nokkela kaupunki kokoaa yhteen muutamia keskeisiä kaupunkivakioita. Lähdetään liikkeelle maankäytön isosta kuvasta. Heinrich von Thünen totesi 200 vuotta sitten, että kaupunkien maankäyttö muodostuu keskustaa ympäröivistä samankeskisistä vyöhykkeistä ja eri toiminnot sijoittuvat vyöhykkeille maanvuokran maksukyvyn mukaan pyrkien mahdollisimman lähelle keskustaa, jossa maanvuokra on korkein. Huolimatta valtavasta tieto- ja viestintäteknologian kehityksestä, tämä näyttäisi pitävän edelleen paikkansa.

Vuonna 2100 kaikki maailman kansalaiset asustelevat todennäköisesti kaupungeissa, joten keskittymisestä, kasvukeskuksista ja megakaupungeista puhetta riittää. Viime vuosisadan alkupuoliskolla vaikuttanut Harvardin kielitieteilijä George Kinsley Zipf kehitti empirian pohjalta jakaumiin ja frekvensseihin liittyvä Zipfin lain, joka kaupunkien osalta sanoo, että on paljon enemmän pieniä kaupunkeja kuin suuria. Suuri enemmistö kaupungeista on tulevaisuudessakin pieniä.

Liikkumisen ja liikenteen osalta erilaisia säännönmukaisuuksia on myös tunnistettu. Liikennejärjestelmän merkittävyyttä korostaa G.H. Wellsin laki vuodelta 1902, jonka mukaan väestön jakautuminen määräytyy aina kulloisestakin liikennejärjestelmästä, joka sitoo väestön yhteen. Hevonen mahdollistaa toisenlaisen jakauman kuin henkilöauto ja ratikka. Liikkumiseen liittyy myös italialaisen fyysikon Marchettin vuonna 1994 esittämä vakio, jonka mukaan ihmiset ovat keskimäärin valmiita käyttämään tunnin päivässä työmatkoihin. Liikennevälineiden kehittyessä työssäkäyntietäisyydet ovat kasvaneet ja kaupungit laajentuneet. Tunnin juna ei aivan  täytä Marchttin kriteeriä, mutta tietotekniikka mahdollistaa työskentelyn junassa, kunhan VR vielä hoitaa yhteydet kuntoon.

Melbournen yliopiston kaupunkisuunnittelun professori Kim Dovey vieraili pari vuotta sitten kutsustani Suomessa ja muutamassa lehtihaastattelussa hän puhui 20 minuutin kaupungista tarkoittaen sitä, että kaikki tärkeät ja tarvittavat asiat pitäisi olla tuossa ajassa saavutettavissa. Ainakin suurehkoissa kaupungeissa 20 minuutin sisäinen saavutettavuus edellyttää hyvin toimivaa joukkoliikennejärjestelmää, joka taas edellyttää liikennesuunnittelun professorin Jeff Kenworthyn empiiristen tutkimusten mukaan toiminnallisella kaupunkiseudulla väestötiheyttä 35 asukasta hehtaarilla. Tuolla tasolla aletaan pääkaupunkiseudulla olla.

Läheisyydestä ja tiiviydestä on keskusteltu viime vuosina paljon. Waldo Tobler muotoili vuonna 1970 maantieteen ensimmäisen lain – tunnetaan sittemmin Toblerin lakina – joka sanoo, että kaikki liittyy kaikkeen muuhun, mutta lähellä olevat asiat ovat enemmän liittyneitä kuin etäiset. Läheisyyteen liittyy myös Harvardin yliopiston kaupunkitutkimuksen professorin Edward Glaeserin mukaan nimensä saanut Glaeserin paradoksi, jonka mukaan fyysinen läheisyys tulee yhä tärkeämmäksi, kun taas yhteyksiin liittyvä aika ja kustannukset etäisyyksien välillä tulevat vähemmän tärkeäksi.

Tietotekniikan kehittyminen ei ole tätä muuttanut, pikemminkin päinvastoin, ja varsinkin taloudellisen kehityksen näkökulmasta keskittymien merkitys vain kasvaa. Tiedämme tutkimuksesta tiiviyden kasvun tuottamista hyödyistä, mutta emme aina todellisista mekanismeista. Japanilainen professorikaksikko Ikujiro Nonaka ja Hirotaka Takeuchi julkaisivat vuonna 1995 tuon vuosikymmenen tärkeimmän busineskirjan Knowledge Creating Company, jossa he lanseerasivat hiljaisen tiedon käsitteensä ja mallinsa, jolla hiljaisesta tiedosta tehdään eksplisiittistä. Analyysi oli oleellisesti syvällisempää kuin yleinen ajatus siitä, että tiiviyden kasvaessa kommunikaatio lisääntyy. Tampereen yliopiston aluetieteen professori Markku Sotarauta on popularisoinut ajatuksen hienosti kirjoittaessaan siitä, että innovaatiokeskittymissä ollaan ja eletään ”tiedon tihkusateessa”.

Eräät mielenkiintoisemmista ja laajimmista empiirisistä tutkimuksista tiiviyteen liittyen on toteuttanut Santa Fe Instituutin johtaja ja fyysikko Geoffrey West. Tarkastellessaan fyysistä infrastruktuuria kuten katu-, vesijohto- ja energiaverkostoja tai huoltoasemien määrää West kumppaneineen havaitsi, että ne skaalautuvat potenssilla 0,85. Toisin sanoen kaupungin väkiluvun kaksinkertaistuessa infrastruktuuri ja myös energian kulutus lisääntyivät vain 85 prosenttia. Tässä mielessä kaupungit ovat ympäristöystävällisiä.

Sen sijaan sosioekonomiset tekijät kuten palkat, innovatiivisuus, alue-BKT ja osaamispohjaisten ammattien määrä kasvavat superlineaarisesti kaupungin kasvaessa. Väkiluvun kaksinkertaistuessa sosioekonomiset tekijät kasvavat potenssilla 1,15 eli 115 prosenttia. Infrastruktuurin ja sosio-ekonomisten tekijöiden kuvaajat ovat toistensa peilikuvia. Samalla tavalla skaalautuvat valitettavasti myös esimerkiksi rikollisuus ja tartuntataudit. Mutta myös erilaisten vapaa-ajan palveluiden ja ravintoloiden määrä. Kaupungin koon kasvaessa pöhinä lisääntyy superlineaarisesti ja toimii vastaavasti kuin lämpötilan nosto kaasussa: molekyylit törmäykset lisääntyvät. Kaupunkien koon kasvattaminen on ikään kuin niiden lämpötilan nostoa.

Yllä kuvatut lait ja vakiot ovat pitäneet pintansa joltisellakin tarkkuudella ja niiden avulla voi ymmärtää sekä ennakoida myös kaupunkien tulevaa kehitystä. Kuten Tobler toteaa, kaikki liittyy kaikkeen muuhun, ja toisaalta kaupungit ovat polkuriippuvia kokonaisuuksia, mikä tarkoittaa vain sitä, että aikaisemmin tehdyt valinnat rajaavat tulevaisuuden mahdollisuuksia. Liikennejärjestelmät ovat tästä hyvä esimerkki. Aikoinaan valittu henkilöautoiluun perustuva lähestymistapa on tuottanut hajautuneen yhdyskuntarakenteen. Erilaisten tekijöiden vuorovaikutuksista ja riippuvuuksista yksi onnistuneimmista ja eleganteimmista kuvauksista on jo mainitun professori Doveyn DMA-konsepti, jossa kaupunkikehityksen ytimeksi kuvataan tiiviyden (Density), sekoittuneisuuden (Mix) ja saavutettavuuden (Access) kokonaisuus.