CÁC THÀNH PHỐ NẰM Ở NƠI LEO DỐC TỐN ÍT NHẤT

Leo dốc tốn năng lượng, và trong một thành phố, chi phí đó không bao giờ dừng lại: nó quay lại mỗi lần một tuyến đường được sử dụng, với tất cả những ai sử dụng nó. Các tuyến đường có chiều dài tương tự có thể tốn lượng năng lượng rất khác nhau. Federico Bellisardi và José Ramasco, tại viện IFISC (CSIC-UIB) ở Palma de Mallorca, cùng Enrique Cano Suñén thuộc Đại học Zaragoza và Ana Ruiz-Varona thuộc Đại học San Jorge, đã đặt ra một câu hỏi đơn giản về điều này. Liệu một thành phố thật có cần ít năng lượng để đi lại hơn chính thành phố đó khi được đặt khác đi trên cùng địa hình không?

Di chuyển một thành phố quanh chính cảnh quan của nó

Nhóm nghiên cứu xây dựng ba thành phần cho mỗi thành phố. Chuyến đi: các luồng điểm đi – điểm đến giữa những ô rộng khoảng một kilômét, được suy ra từ dữ liệu Twitter/X có định vị từ 2015 đến 2022, chỉ giữ lại những người dùng có mặt trong thành phố ít nhất hai tháng để nắm bắt các di chuyển thường nhật. Đường phố: mạng lưới đường từ OpenStreetMap. Địa hình: độ cao từ Sứ mệnh Địa hình Radar Tàu con thoi (Shuttle Radar Topography Mission) của NASA, với độ phân giải khoảng 90 mét.

Mỗi chuyến đi theo tuyến ngắn nhất trong không gian ba chiều, và năng lượng của nó gồm hai phần: một phần tỉ lệ với quãng đường, và một phần cho mỗi mét leo dốc — những đoạn xuống dốc không bù lại cho các đoạn leo. Bài báo viết điều đó thành

W = λL + mg ∫ max(0, dh/dℓ) dℓ

với các giá trị điển hình cho một chiếc ô tô cá nhân (λ = 585 joule trên mét, khối lượng 1.200 kg), giữ nguyên cho mọi phiên bản của một thành phố.

Sau đó là thí nghiệm. Mạng lưới đường phố được dịch chuyển theo từng bước 250 mét, tới 2,5 km theo mỗi hướng, xoay từ 1 đến 40 độ, và kéo giãn từ 2 đến 20%, trong khi các chuyến đi vẫn giữ nguyên. Bất kỳ phiên bản nào đặt một con phố xuống biển, xuống hồ hoặc ra ngoài vùng dữ liệu độ cao đều bị loại. Năng lượng được tính lại cho từng phiên bản.

Madrid ở đáy đường cong

Việc leo dốc tập trung: khoảng 10% số đoạn đường gánh hơn 60% tổng công leo dốc, dọc những hành lang nơi dốc đứng gặp lưu lượng giao thông lớn. Đó là lý do những dịch chuyển nhỏ lại quan trọng đến vậy: dịch một mạng lưới một chút, và nhiều chuyến đi sẽ rơi vào, hoặc thoát khỏi, một vài hành lang dốc.

Ở Madrid và ở Santiago de Chile, mọi phép dịch và mọi phép xoay được thử đều làm tăng tổng năng lượng; thành phố thật nằm ở điểm cực tiểu. Ở Santiago, những ngọn núi cao nhất nằm ở phía đông và phía bắc, và dời thành phố theo hướng đó là tốn kém nhất.

Madrid: tổng năng lượng đi lại khi mạng lưới đường phố bị dịch theo hướng bắc–nam hoặc đông–tây, bị xoay, hoặc bị kéo giãn. Ngôi sao đỏ, thành phố thật, lần nào cũng nằm ở đáy. — Figure 4a, Bellisardi et al. (2026), arXiv:2610.21558.

26 trên 30

Trong 56 thành phố, 26 thành phố nằm cạnh biển, hồ hoặc rìa vùng dữ liệu — Chicago với hồ của nó, Tokyo với vịnh của nó — nên phần lớn phương án thay thế của chúng bị loại và phép so sánh chỉ mang tính một phần. Trong 30 thành phố còn lại, bố cục thật là bố cục tốn ít năng lượng nhất trong số được thử ở 26 thành phố. Ở sáu thành phố trong số đó, chỉ còn ít phương án thay thế (duy nhất một với Bangkok, Berlin, Manila và Sydney), nên các tác giả đề nghị người đọc cân nhắc kết quả tương ứng.

Ở bốn thành phố, một phiên bản bị dời đi cho kết quả tốt hơn, luôn dưới 3%: Bogotá (−2,5%), Bandung (−2,4%), Buenos Aires (−0,7%) và Brussels (−0,5%).

Vị trí tốt hơn của Bogotá nằm dưới nước

Bogotá trải rộng trên một cao nguyên, phía đông giáp dãy Cerros Orientales dốc đứng, một khu bảo tồn. Dịch nó 750 mét về phía tây, xa khỏi mặt tiền núi, và nó tiết kiệm được 2,5%. Nhưng thành phố đã mở rộng về phía tây tới sông Bogotá, nơi hành lang ven sông có đất dễ ngập, khu phục hồi đất ngập nước, công trình chống lũ và quy hoạch chung với các thị trấn lân cận Cota, Funza, Mosquera và Soacha. Một Bogotá “tiết kiệm hơn” không phải là nơi ai có thể xây dựng.

Bogotá, bản gốc (cam) và bản dịch 750 m về phía tây (xanh lam), cùng biến thiên tổng năng lượng khi thành phố được dời về phía tây. — Figure 6, Bellisardi et al. (2026), arXiv:2610.21558.

Các ngoại lệ khác có câu chuyện tương tự trong bài báo: phương án phía nam của Bandung tiến gần các cao nguyên núi lửa có nguy cơ sạt lở; chênh lệch ở Buenos Aires nằm gần độ chính xác của phương pháp trên một đồng bằng gần như bằng phẳng; phương án phía bắc của Brussels đụng phải hạ tầng đường sắt và công nghiệp. Các tác giả cho rằng các thành phố thật có thể đã chiếm sẵn vùng đất tiết kiệm nhất thực sự có thể sử dụng.

Đặt 25.000 cư dân mới ở đâu

Phương pháp này cũng hữu ích cho quy hoạch. Ở Barcelona, nhóm nghiên cứu thêm 25.000 cư dân vào một trong năm khu phố ứng viên có quãng đường đi lại tương tự, và ước tính các chuyến đi của họ bằng một mô hình trọng lực được hiệu chỉnh trên dữ liệu đi làm của chính thành phố. Năng lượng tăng thêm mỗi ngày dao động từ khoảng 266 đến 322 gigajoule. Phần leo dốc gần như tăng gấp đôi từ địa điểm tốt nhất (khoảng 55 GJ) đến địa điểm tệ nhất (khoảng 101 GJ), và chiếm 46 trong 56 GJ chênh lệch giữa chúng.

Các tác giả vẫn thận trọng. Kết quả của họ tương thích với một quá trình điều chỉnh lẫn nhau chậm rãi giữa đường phố, việc đi lại và địa hình, nhưng họ không tái dựng cách các thành phố đã phát triển. Họ đã thử một tập hợp hữu hạn các phép dịch chuyển, không phải mọi thành phố khả dĩ. Dữ liệu đến từ Twitter/X, ô tô là phương tiện duy nhất được mô hình hóa, ùn tắc bị bỏ qua, và không thành phố châu Phi nào được đưa vào vì thiếu dữ liệu di chuyển có thể so sánh. Khi dùng ranh giới hành chính của thành phố thay vì toàn bộ vùng đô thị, quy luật này gần như biến mất — theo họ, đó là dấu hiệu cho thấy nó thuộc về toàn bộ vùng đô thị.