25. Замечания о темпах и характере технологического развития человечества

Прежде чем остановиться на увлекательной проблеме грядущего переустройства человечеством Солнечной системы (а может быть, и более удаленных областей Галактики), целесообразно хотя бы вкратце обсудить темпы развития человечества и проанализировать перспективы на сравнительно близкое будущее.

Прежде всего, как быстро увеличивалось население нашей планеты за последние столетия? Воспользуемся данными, показывающими динамику роста народонаселения земного шара, которые приведены в журнале "Коммунист" № 3 за 1964 г.

Эти данные охватывают период с 1000 г. н. э. Мы представим эти данные в виде графика, который приведен на рис. 68 (по вертикальной оси принят логарифмический масштаб). На этом графике нанесена также точка, соответствующая 2000 г. н. э., когда население Земли, по данным ЮНЕСКО, превысит 6 млрд. человек.

Рис. 68. Рост населения земного шара за последнюю тысячу лет

Приведенная на рис. 68 кривая весьма примечательна. Прежде всего, она не может быть представлена экспонентой N=N₀e^αt. В масштабе рис. 68 экспонента выглядела бы как прямая линия, чего заведомо нет. Лучше всего кривая роста народонаселения Земли может быть представлена гиперболическим законом:

Доказательством этого утверждения является линейная зависимость обратной N величины от времени (рис. 69). Точки на этой кривой (вернее, прямой) пропорциональны значениям t₀-t, полученным для разных дат (величины 1/N можно получить из кривой на рис. 68). Из рис. 69 с большой точностью получается величина t₀=2030±5 лет. Если бы рост населения следовал гиперболическому закону и дальше, то около 2030 г. население земного шара стало бы бесконечно большим. Этот вывод, очевидно, абсурден, что следует хотя бы из того, что в 2000 г. население Земли будет "всего лишь" 6,2 млрд. и, в силу ограниченности биологических возможностей человека, через 30 лет после этого оно никак не может стать бесконечно большим...

Рис. 69. Доказательство гиперболического характера закона увеличения народонаселения Земли

Какой же отсюда следует вывод? Только один: в течение ближайших нескольких десятилетий сам закон роста народонаселения должен претерпеть радикальные изменения.

Естественным законом увеличения народонаселения является экспоненциальный закон. Последний получается из простого условия, что ежегодный прирост народонаселения пропорционален величине народонаселения. Математически это запишется так:

Нынешний гиперболический закон увеличения народонаселения всего земного шара (который действует по крайней мере несколько сот лет) обусловлен не столько биологическими, сколько социальными факторами. Согласно этому закону, ежегодный прирост народонаселения определяется уравнением

Преодолев социальные кризисы, человечество может обеспечить "нормальный" экспоненциальный рост народонаселения, разумным образом подобрав величину α. При таком законе катаcтрофическое перенаселение (следующее из гиперболического закона) человечеству угрожать никогда не будет. На рис. 68 пунктирная линия изображает характер увеличения народонаселения Земли в будущем.

Возникает основной вопрос: опережает ли развитие производительных сил человечества рост народонаселения или отстает от него? Хорошим индексом производительных сил человечества является производство энергии всех видов. Соответствующие данные, охватывающие период от конца XVIII в. до наших дней, содержатся, например, в книге Роуза "Физика плазмы и управляемые термоядерные реакции". Оказывается, что рост производства энергии за это время очень хорошо следовал экспоненциальному закону, который представлен на том же рис. 68. В масштабе этого рисунка годичное производство энергии на душу населения земного шара определяется разностью кривых роста производства энергии и роста народонаселения. Мы видим, что эта разность, вплоть до настоящего времени, все время росла. Заметим, однако, что в будущем, и притом довольно близком, ситуация может радикально измениться к худшему; см. ниже. Следует подчеркнуть, что увеличение населения всего земного шара в течение последнего периода определялось в основном развивающимися странами.

Коль скоро человечество преодолеет нынешний кризис, вызванный наличием на нашей планете двух антагонистических систем - социализма и капитализма, единственным фактором, лимитирующим неуклонный экспоненциальный рост производительных сил общества, будет ограниченность материальных ресурсов, которая обусловлена конечными (хотя и относительно большими) размерами нашей планеты, а также катастрофическое загрязнение окружающей среды. То, что эти факторы могут стать существенными довольно скоро, мы покажем на следующем простом примере.

В наши дни человечество ежегодно производит энергию, соответствующую производству ~5 млрд. т антрацита. Ежесекундное производство составляет около 6•10¹⁹ эрг, причем каждые 20 лет эта величина удваивается (см. соответствующую кривую на рис. 68). Эта тенденция довольно устойчива и держится уже около 200 лет. При таких темпах через 200 лет производство энергии вырастет в тысячу раз и достигнет 3•10²² эрг/с. Вполне вероятно, что это наступит даже раньше, так как ресурсы угля и нефти сравнительно невелики и в ближайшие десятилетия следует ожидать революции в энергетике, связанной с массовым производством ядерной энергии. 3•10²² эрг/с составляют уже около 1% потока солнечной энергии, непрерывно падающей на Землю. Дальнейшее увеличение производства энергии с неизбежностью повлечет за собой изменение теплового режима Земли, что может привести к весьма неприятным последствиям. Разумеется, до этого начнется широкое использование солнечной энергии, но здесь есть предел: вероятнее всего, можно будет использовать не более 1 % от всего потока энергии излучения Солнца.

Не подлежит сомнению, что неограниченно растущий технологический потенциал развивающегося общества за сравнительно короткое время должен вступить в противоречие с ограниченностью естественных ресурсов Земли. Уже в наше время все большее и большее внимание уделяется угрожающему нарушению равновесия между человечеством и окружающей его экологической средой - биосферой. Проблема загрязнения атмосферы, мирового океана и внутренних водоемов, почвы и растений становится весьма острой. Бесконтрольное стихийное развитие производительных сил может привести человечество к катастрофе (см. ниже).

Если представить себе некий воображаемый космический корабль, экипаж которого улетел в далекий звездный рейс, рассчитанный на многие годы, то каждый поймет, что члены этого экипажа должны с величайшей бережливостью и благоразумием относиться к своим крайне ограниченным ресурсам кислорода, питания, топлива и пр. Сознание мыслящих людей должно все больше и больше проникаться мыслью, что наша Земля - это очень большой космический корабль, который почти пять миллиардов лет путешествует в глубинах крайне "негостеприимной" для жизни Вселенной. Этот "космический корабль", весьма удобно вышел на стационарную, почти круговую орбиту вокруг устойчиво излучающего желтого карлика и использует его энергию... Но как бы ни были велики ресурсы этого огромного космического корабля - они все же ограничены. И его экипаж (т. е. мы, земляне) должны об этом постоянно помнить.

А между тем, по-видимому, уже сейчас бесконтрольное развитие производительных сил привело к ряду необратимых и весьма неприятных последствий. Мы не будем говорить здесь о вымирании огромного количества видов животных, многие из которых являются важными звеньями в экологической цепи, выкованной Природой за миллиарды лет естественного отбора. Обратим только внимание на одно немаловажное обстоятельство. Мы уже упоминули, что основным "поставщиком" свободного кислорода в атмосферу Земли является планктон. По крайней мере несколько десятков процентов кислорода поставляется в атмосферу нашей планеты благодаря жизнедеятельности растений в тропических лесах. Сейчас, в конце XX столетия в связи с хищнической вырубкой практически сведены тропические леса Африки и Южной Азии. Они остались только в бассейне Амазонки и, похоже, через несколько десятилетий будут и там уничтожены. Значит, бездумная деятельность экипажа космического корабля, называемого "Земля", уже теперь привела к нарушению кислородного баланса атмосферы.

Приведем другой пример. Как уже упоминалось выше, сейчас ежегодно добывается топливо, соответствующее примерно 5 млрд. тонн каменного угля. Это топливо сжигается, т. е. соединяется с атмосферным кислородом. В результате получается углекислый газ плюс энергия, которая и утилизируется. Следовательно, этот варварский способ получения энергии сопровождается изъятием из земной атмосферы около 20 миллиардов тонн кислорода ежегодно. Много ли это или мало? Чтобы ответить на этот вопрос, оценим полное количество кислорода в земной атмосфере. Это очень легко сделать. Над каждым квадратным сантиметром земной поверхности имеется около 200 г кислорода. Так как поверхность земного шара приблизительно равна 500 миллионов км или 5•10¹⁸ см², полное количество кислорода в земной атмосфере около 10²¹ г или 10¹⁵ т. Это означает, что для "поддержания" горения добываемого на Земле топлива земной атмосферы хватит на 50 000 лет. Подчеркнем, что на Земле действуют и другие естественные причины, приводящие к связыванию свободного кислорода ее атмосферы. Как оказывается, сжигание топлива сейчас составляет несколько процентов от действия естественных факторов, приводящих к связыванию кислорода земной атмосферы. В итоге существенная часть кислорода свяжется через несколько тысяч лет. Только жизнедеятельность растений непрерывно пополняет эту убыль кислорода из атмосферы. И вот неразумное вмешательство людей в этот миллионами лет устоявшийся кислородный баланс Земли привело к тому, что он нарушается как бы "с двух концов": уничтожая леса, мы уменьшили "поставку" кислорода в атмосферу по крайней мере на 10%, а сжигая его с топливом, увеличили скорость его ухода из атмосферы на несколько процентов. Если бы в атмосфере кислорода было сравнительно немного - последствия сказались бы очень скоро. Но так как кислорода в земной атмосфере запасено очень много - последствия скажутся только через несколько тысяч лет - характерное время установления динамического равновесия кислорода в атмосфере. Через этот промежуток времени, благодаря деятельности людей за последние несколько десятилетий, равновесное количество кислорода в земной атмосфере уменьшится примерно на 15-20%.

Но ведь сейчас темп добычи ископаемого горючего и его сжигания продолжает расти! Если так будет продолжаться, то через сотню лет добыча угля и нефти увеличится в несколько десятков раз. А это приведет к катастрофическому уменьшению кислорода в земной атмосфере за какие-нибудь несколько сот лет! Заметим, что мировых ресурсов угля и нефти, особенно еще не разведанных, вполне достаточно для этого самоубийственного дела: не забудем, что каменный уголь - это бывшие растения! Такая "деятельность", с позволения сказать, "разумных" существ приводит к непрерывному увеличению содержания углекислого газа СО2, что, помимо других вредных последствий, резко нарушает тепловой баланс Земли, о чем речь уже шла раньше.

Приведем теперь другой пример. Недавно было обращено серьезное внимание на угрозу разрушения озонного слоя Земли некоторыми газообразными промышленными отходами. Наиболее опасными разрушителями этого слоя являются молекулы, входящие в разные сорта фреона,- вещества, заполняющего все холодильники. Эти молекулы содержат хлор и фтор. В настоящее время ежегодно около 10 миллионов тонн испарившегося фреона поступает в атмосферу. Там молекулы фреона перемешиваются с ее основными компонентами и заносятся при этом на высоты 20-30 км, где жадно вступают в химические соединения с молекулами озона. При последующих реакциях с молекулами кислорода фреон опять восстанавливается и, таким образом, он постепенно накапливается в верхних слоях атмосферы. В настоящее время мировое производство фреона растет примерно на 20% в год. Если в ближайшие годы это безобразие не прекратить, то, как показывают расчеты, через несколько десятилетий толщина озонного слоя в атмосфере начнет ощутимо уменьшаться. Но ведь хорошо известно, что слой озона - это броня, защищающая биосферу от губительных ультрафиолетовых лучей Солнца в диапазоне длин волн 0,29-0,24 микрона. Неразумное и даже самоубийственное поведение человечества вполне можно уподобить поведению сошедшего с ума экипажа космического корабля, буравящего его стенки, что неизбежно приведет к разгерметизации.

Вдумаемся, что происходит: миллиарды лет создавался удивительно тонкий и сложный баланс биосферы Земли. И вот появляется, казалось бы, самый совершенный продукт эволюции биосферы - человек, называющий себя разумным, и варварски разрушает то, что привело к его появлению и без чего невозможно его дальнейшее развитие и совершенствование. Только принятие самых радикальных мер в течение ближайших 2-3 десятилетий может предотвратить самоубийство человечества. Какие это меры? Прежде всего - революция в энергетике, переход на использование атомной и солнечной энергии. Это избавит человечество от кошмара загрязнения атмосферы и обеднения ее кислородом, но может породить новые проблемы, не менее острые. Но так или иначе, мы всегда должны помнить, что находимся на космическом корабле с конечными ресурсами, с которыми обращаться следует с величайшей осторожностью.

Ниже мы остановимся на пределах роста нашей цивилизации более подробно. Теперь же обсудим некоторые перспективы дальнейшего прогресса науки и техники.

Неоднократно отмечалось, что технологическое развитие нашей цивилизации за последние сотни лет носит катастрофически быстрый, почти взрывной характер. Наглядной иллюстрацией к сказанному является табл. 12, составленная известным английским ученым и писателем-фантастом Кларком.

Таблица 12

Будущее

Левая половина таблицы дает краткую хронологическую сводку основных технических достижений человечества в различных областях его деятельности с 1800 г. и до наших дней. Правая половина этой таблицы дает соответствующий прогноз на довольно близкое будущее. Сама по себе попытка построить такую таблицу является в такой же степени смелой, как и увлекательной. Конечно, можно не соглашаться с Кларком по поводу отдельных деталей левой половины этой таблицы. Так, например, трудно согласиться с тем, что Кларк придает "одинаковый" вес технологии извлечения магния из морской воды (кстати сказать, пока еще далекой от совершенства) и открытию эффективных методов получения атомной энергии. По нашему мнению, нельзя ставить также "на одну доску" открытие "языка" пчел и антибиотиков. Последнее для прогресса человечества имело, конечно, неизмеримо большее значение. В основном же, на наш взгляд, левая половина таблицы Кларка неплохо отражает основные вехи технологического развития человечества за последние полтора - два столетия.

Что же можно сказать о правой половине таблицы Кларка? Хотя "грядущие годы таятся во мгле", перспективы, открывающиеся перед человечеством на протяжении ближайших 13 десятилетий, невольно поражают. Конечно, эта часть таблицы Кларка является весьма спорной, отдельные предсказанные открытия не обязательно будут совпадать с соответствующими датами. Забавно, например, что согласно Кларку легче колонизировать планеты, чем научиться управлять погодой.... Что поделаешь - может быть, он и прав. Любопытно отметить, что Кларк почти точно предсказал время высадки астронавтов на Луне.

Если верить этой таблице, радиоконтакт с внеземными цивилизациями будет установлен между 2030 и 2040 гг. Иными словами, дети наших молодых читателей доживут до этого времени. Что же, им можно только позавидовать...

С нашей точки зрения, очень трудно предвидеть фундаментальные открытия в области физики. Весьма туманным, например, представляется "разрушение пространства - времени", планируемое через столетие... Автор этой книги также вряд ли согласится с тем, что около 2100 г. состоится волнующая встреча с разумными существами, обитающими на других планетных системах. Вопрос сводится к тому, кто кого найдет? Если они нас, то это, очевидно, может произойти когда угодно - либо через 10 лет, либо через тысячелетия. Некоторые оптимисты считают, что такая встреча уже состоялась, причем в историческое время (см. предыдущую главу). Если же как "активный фактор" выступят земляне, то срок такой встречи будет зависеть не столько от уровня нашего технологического развития, сколько от удаленности от нас ближайших планетных систем, населенных разумными существами. Если Кларк считает, что в 2080 г. будет запущен первый звездолет, а в 2100 г. состоится встреча с разумными аборигенами других планет, то это означает, что последние удалены от нас на расстояние, не превышающее 20 световых лет. Тем самым он становится на ту весьма оптимистическую точку зрения, что практически каждая планетная система населена разумными существами - нашими современниками.

В гл. 22 и 23 были приведены, на наш взгляд, достаточно серьезные аргументы против такой оптимистической концепции. Скорее всего, ближайшие планетные системы, населенные разумными существами, удалены от нас на расстояния, превышающие многие сотни, если не тысячи световых лет. Это объективно существующее обстоятельство, конечно, значительно удалит дату встречи с нашими космическими братьями по разуму.

Волнующим является вопрос о принципиальной возможности бессмертия для каждого индивидуума человеческого общества. В отличие от Кларка, мы понимаем под этим не способность данного индивидуума жить вечно (что явно бессмысленно), а существенное продление его жизни, скажем, в десятки и даже сотни раз. Такая перспектива, особенно в связи с возможностью создания искусственных разумных существ, нам представляется вполне реальной. Об этом, в частности, речь будет идти в предпоследней главе нашей книги. Здесь мы только заметим, что существенное увеличение долголетия людей не отразится сколько-нибудь серьезным образом на темпах роста народонаселения. Последние определяются в основном рождаемостью. С другой стороны, значительный процент мафусаилов в обществе будущего поставит ряд своеобразных проблем. На некоторые из них в свое время обратил внимание Карел Чапек (см. его "Средство Макропулоса").

В целом таблица Кларка при ее внимательном изучении производит сильное впечатление. Из нее непосредственно, например, следует, что к 2100 г. возможности человечества существенно перерастут скромные земные ресурсы. В этом же и состоит вся сущность проблемы дальнейшего развития нашей цивилизации. Неограниченный экспоненциальный и даже "сверхэкспоненциальный" рост всех показателей развития за последние 3-4 столетия есть сугубо неравновесный процесс. Человечество, возникшее как часть биосферы, вышло из состояния равновесия с этой оболочкой Земли, что неизбежно должно привести его к критической ситуации, к необходимости сделать выбор и коренным образом изменить стратегию своего поведения. От этого будет зависеть вся предстоящая история человечества. Как же будет выглядеть развитие человечества в будущем?

Всестороннее математическое исследование этой проблемы в последние годы проводилось группой весьма компетентных специалистов, известных под названием "Римский клуб". Сложность задачи состоит в том, что параметры развития человечества (например, промышленное производство на душу населения, загрязнение среды обитания и пр.) являются взаимно связанными. Надо еще иметь в виду, что все глобальные процессы (рост производства и народонаселения, загрязнение среды обитания и пр.) имеют инерцию. Математически задача сводится к решению системы из многих тысяч совместных дифференциальных уравнений, что можно было сделать только с помощью современной вычислительной техники. Соответствующая этой задаче область науки известна как системный анализ.

Прежде всего тщательно оценивались все ресурсы Земли, которые необратимо расходуются в процессе технологического прогресса человечества. Далее, используя все данные экономики и статистики, находят рост производства этих ресурсов и зависимость этого роста от времени. Отсюда сразу же оценивается "время исчерпания" соответствующего вещества. Некоторые результаты этого анализа приведены в табл. 13.

Время исчерпания ресурсов вычислено в предположении, что в течение будущих десятилетий разведанные ресурсы вырастут в пять раз по сравнению с данными, приводимыми в этой таблице. Конечность ресурсов Земли и их грядущее исчерпание в сочетании с прогрессирующим загрязнением среды обитания является решающим фактором в будущей истории нашей цивилизации.

Рис. 70. Процент кислорода в воде Балтийского моря

Участники "Римского клуба" особенно тщательно исследовали вопрос о загрязнении окружающей среды и деятельностью человека. Поучителен рис. 70, дающий уменьшение кислорода в воде около дна Балтийского моря, которое, по существу, стало мертвым. Существенно, что очистка отходов - очень дорогое дело, если мы хотим получить достаточно чистые отходы, а именно это и нужно (рис. 71).

Рис. 71. Стоимость очистки единицы массы продукции

Авторы этого исследования рассчитывают несколько моделей дальнейшего развития человеческого общества. Прежде всего, рассчитывается "стандартная" модель, описывающая дальнейшее развитие так, как оно происходило в прошлом. Соответствующие графики основных параметров развития приведены на рис. 72, который можно озаглавить: "Что произойдет, если ничего не предпринимать". Анализ этих кривых производит устрашающее впечатление. Вплоть до начала следующего, XXI века будет происходить тот же рост, что и приведенный на рис. 68. Однако после 2030 г. очень быстро наступит катастрофическая ситуация. Численность населения, а также промышленная продукция начнут резко снижаться, а загрязнение среды - расти. Цивилизация прекратит свое существование ("коллапс") и вместе с нею к концу следующего века исчезнет и загрязнение. Увы, нас это не должно уже радовать!

Рис. 72. 'Стандартная' модель мирового развития. Р - ресурсы, П - количество пищи на человека в год, Н - население земного шара, П_р - промышленное производство, рассчитанное на одного человека, 3 - загрязнение окружающей среды

Любопытна модель развития цивилизации, которая получается при неограниченном увеличении ресурсов (рис. 73 и 74). В этом случае причиной коллапса будет катастрофическое загрязнение среды. В поисках выхода из положения авторы из "Римского клуба" предлагают установить жесткий контроль рождаемости при остановке роста промышленности. На рис. 75 приведена соответствующая модель, где рост населения прекращается с 1975 г. (этот срок уже прошел...), рост промышленной продукции прекращается с 1985 г. Хотя ситуация и смягчается, но все равно коллапс цивилизации только отодвигается на 2-3 столетия.

Рис. 73. Модель, соответствующая неограниченному увеличению ресурсов (обозначения те же, что и на рис. 72)

Следует подчеркнуть, что авторы описанных выше расчетов рассматривают идеализированную модель. Совершенно не учитывается крайняя неравномерность развития, наличие двух антагонистичных систем, острые проблемы развивающихся стран. Не учитывается и возможность возникновения войн, которая реально существует в разделенном на лагери мире. Все эти факторы должны действовать в одном, крайне нежелательном направлении. В качестве панацеи от ожидаемой человечеством в будущем катастрофы авторы "Римского клуба" предлагают коренным образом изменить стратегию поведения цивилизации. Вместо стратегии неограниченного роста - полная остановка роста производительных сил и их точная регулировка (концепция "равновесной" цивилизации).

Рис. 74. Модель, соответствующая неограниченному увеличению ресурсов с учетом контроля загрязнения среды (обозначения те же, что и на рис. 72)

Разработка вопросов, касающихся глобальных динамических моделей развития человечества, была выполнена двумя группами советских авторов (В. А. Геловани с коллегами и В. А. Егоров). Прежде всего они математически доказали, что предлагаемое авторами "Римского клуба" "глобальное равновесие" отнюдь не может предотвратить кризис - оно только отодвигает его на сотню - другую лет. И вообще модели, рассматривавшиеся западными авторами, не допускают "нетривиальных" стационарных решений. А "тривиальное" решение, если говорить не на математическом языке, означает смерть (точнее, равенство нулю всех параметров глобальной модели, как-то: уровня производства, населения, загрязнения среды и пр.). В качестве альтернативы советские авторы выдвинули и рассчитали модель, в которой "коллапс" устраняется не остановкой роста, а разумным управлением инвестициями капитала. Для этого, однако, надо большую часть этих инвестиций направить на борьбу с загрязнением, восстановлением ресурсов и ликвидацию эрозии обрабатываемой земли. Как это делать, однако, пока не ясно. По существу, эта модель, допускающая "нетривиальное" стационарное состояние, означает установление на нашей планете режима космического корабля, следующего вместе с космонавтами в неопределенно длительный рейс: каждый грамм вещества на учете и все должно регенерироваться.

Мы, однако, сомневаемся в том, что модель советских авторов снимает проблему "коллапса". Только остановка роста производства и жесткая регламентация в использовании ресурсов и их регенерации, сочетающаяся с тратой львиной доли национального продукта на борьбу с загрязнением среды, как мы надеемся, может решить проблему. Впрочем, надо торопиться, - осталось не так уж много времени (см. рис. 72-75), а "эффекты задержки" исчисляются десятилетиями.

Рис. 75. Модель, учитывающая прекращение роста населения с 1975 г. и прекращения роста промышленности с 1985 г. при существующих ресурсах (обозначения те же, что и на рис. 72)

Все приведенные рассуждения рассматривают развитие человечества на изолированной маленькой планете с ограниченными ресурсами. Но справедливо ли такое рассмотрение? Об этом речь будет идти в следующей главе.