ALTER VITA ГЛАЗАМИ МАТЕМАТИКА

Поделиться в социальных сетях

Постановка задачи

Предвидеть — значит управлять.

Б. Паскаль.

С течением времени становится все яснее, что траектория, по которой много веков двигалось человечество, заканчивается. Нужен переход к новому поколению жизнеобеспечивающих технологий, который позволял бы успешно развиваться не десятилетия, как существующие, а хотя бы века.

На такую «технологическую революцию» отпущено 10-20 лет. Если упустить это время, то цивилизация на Земле может оказаться отброшена на много веков назад. Проблем такого масштаба ни перед наукой, ни перед техникой в истории еще не было.

Самая близкая аналогия — неолитическая революция. До этой революции основой жизнеустройства были охота и собирательство. Они требовали огромных территорий. Например, на территории нынешней Москвы (около 1000 квадратных километров) было достаточно места только для 50 семей охотников и собирателей. Ресурсов уже не хватало, чтобы прокормить выросшее человечество. По данным палеодемографов, в ходе неолитического кризиса погибло по разным оценкам от 2/3 до 9/10 всего человечества. Но оставшиеся нашли дорогу в будущее, создав технологии выращивания зерновых и одомашнивания животных. Именно эти технологии и обеспечили дальнейшее развитие человечества.

Отрадно, что понимание того, что человечество проходит, вероятно, самый крутой поворот в истории, которое много лет пытались донести до власти исследователи, появилось у политиков. Предложение президента РФ В.В. Путина «о создании новых природоподобных технологий, которые не наносят урон окружающему миру, а существуют с ним в гармонии и позволят восстановить нарушенный баланс между биосферой и техносферой», высказанное на Генеральной Ассамблее ООН осенью 2015 года, дорогого стоит. Оно показывает, что Россия и сейчас мыслит веками, континентами, эпохами, стремится заглянуть за горизонт и предлагает человечеству новые пути в будущее, как это не раз бывало в отечественной истории.

Поскольку речь идет о стратегическом проекте глобального масштаба, то естественно оглянуться назад и посмотреть, как такие проекты реализовывались в недавнем прошлом. Такими проектами в XX веке, безусловно, были атомный и космический проекты. Не говоря обо всем остальном, они позволили обойтись без мировых войн и крупных военных конфликтов между ведущими державами мира в течение 70 лет, и, вероятно, еще послужат этой цели. В реализации обоих проектов очень важную роль сыграл Институт прикладной математики имени М.В. Келдыша РАН (ранее Институт прикладной математики Академии наук СССР — ИПМ). Его организатором и первым директором был выдающийся математик, механик, впоследствии президент Академии наук, академик М.В. Келдыш.

Прежде чем создавать изделия огромной стоимости, разрабатывать технологии, воплощающие последние достижения науки, и, тем более, разворачивать огромные отрасли промышленности (в атомной отрасли работало 800 тысяч человек, в космической — 1,2 миллиона), надо построить математические модели и провести необходимые компьютерные расчеты. Прежде всего модели должны дать ответ, могут ли сработать предлагаемые решения поставленных задач в принципе. И если ответ положителен, то дальше можно посчитать, как осуществить проект оптимальным образом. Эта работа, которую выдающийся физик, лауреат Нобелевской премии и один из участников советского ядерного проекта академик Л.Д.Ландау назвал «научным подвигом», и была сделана в ИПМ.

Благодаря ей наш институт, говоря нынешним языком, стал системным интегратором этих важных и для нашей страны, и для всего человечества проектов.

Математическое моделирование позволяет довольно быстро отделить ключевые факторы, процессы, взаимосвязи от второстепенных, выявить те данные, которых нам не хватает для корректной оценки проекта. Естественно с той же меркой подойти к проекту альтервитальной цивилизации (цивилизации, подобной жизни) и начать, как это положено при математическом моделировании, с ключевых факторов.

Глобальный технологический вызов

Любит летчик самолет,

Пулеметчик — пулемет.

С.Я. Маршак

Автор статьи о природоподобной цивилизации — Юрий Магаршак — удивительно талантливый исследователь и прекрасный собеседник, Олег Фиговский — выдающийся изобретатель, инженер и организатор науки. Достаточно сказать, что развивая нанотехнологии в Израиле, он с двумя (2!) коллегами добился гораздо больших успехов, чем 700 «эффективных менеджеров» и их помощников, которых привлек «Роснано»…

И то, что эти ученые заинтересовались «природоподобной цивилизацией», проявляют большой оптимизм и видят конкретные технологии для реализации такого проекта — это прекрасно!

Теперь о деталях: «Альтернативный синтез должен происходить при таких и только таких условиях, которые никогда не достигаются в окружающей среде (например, при температуре 900°С и выше)», — пишет Ю. Магаршак.

Это требует энергии. Очень много энергии. Откуда ее взять? Мы живем в нефтяной цивилизации, и заменить ее в должных масштабах пока нечем. Например, на территории России, по оценкам геологов, объем доказанных запасов составляет примерно 12,5 миллиарда тонн. При добыче в 500 миллионов тонн/год этого хватит на 25 лет. А дальше… управляемый термоядерный синтез (УТС) при современной схеме с гелием-3 требует температуры в 500 миллионов градусов. Это многовато для земных условий. По оценке Ж.И.Алферова, мы никогда не будем иметь УТС в качестве значимого источника энергии. По его мысли, и атомная энергетика доживает последние десятилетия — замкнуть ядерный цикл, о чем мечтал еще Э. Ферми, так и не удалась… Если равномерно распределить 1 (один) килограмм плутония, возникающего как побочный продукт ядерной реакции, по легким жителей Земли, то их, жителей, не будет. В 1970 ученые прогнозировали, что к настоящему времени в мире будет примерно 5000 атомных станций. В реальности их в 10 раз меньше. Трудно расставаться с иллюзиями.

В магазинах продают много замечательных вещей. Но чтобы их приобрести, надо иметь деньги. Существует много прекрасных технологий. Ричард Фейнман, развивая мечту о нанотехнологиях, говорил о том, что нанороботы будут атом за атомом собирать идеальные материалы, не имеющие дефектов на атомном уровне и потому обладающие удивительными свойствами. Но и тогда нам надо выделить эти атомы, разбив молекулы, в которые они входят, отделить от других и доставить их к нанороботам, даже если таковые возможны. А это энергия, энергия и еще раз энергия. Пока человечеству просто нечем «расплатиться» за чистые технологии и справиться с растущим потоком мусора, производимым цивилизацией. Наука XX века, к сожалению, не дала нам дешевых, чистых и достаточно масштабных источников энергии.

Впервые о «самоподдерживающемся» развитии (то есть опирающемся на возобновляемые источники энергии) заговорили в 1970-х годах после работ математиков и системных аналитиков Дж. Форрестера и Д. Медоуза. Тогда они были шоком, но сейчас стали очевидностью. По сути они количественно описывают отрицательную обратную связь расширенное воспроизводство > вовлечение все большего количества ресурсов в хозяйственный оборот > деградация окружающей среды > ухудшение качества жизни > ухудшение системы образования и примитивизация технологий > расширение производства, чтобы скомпенсировать потерянное.

Есть ли выход? Можно ли разорвать этот порочный круг? В 1973 году группа сотрудников ИПМ под руководством профессора В.А. Егорова, развивая модели Форрестера и Медоуза, его нашла.

За XX век численность человечества выросла вчетверо. Биосфера не выдерживает такой нагрузки. Несущая способность биосферы уже превышена на 20%. Если весь мир захочет жить по стандартам Калифорнии, то почти всех разведанных полезных ископаемых хватит меньше, чем на 5 лет…

Чтобы сохранить средний жизненный уровень человечества, требуется найти новые источники развития и более экономные и чистые технологии (о некоторых из них и мечтают Ю. Магаршак и О. Фиговский). Кроме этого, следует, как показала группа В.А. Егорова, создать гигантские отрасли по переработке создаваемых или уже созданных отходов (масштаб этой отрасли превышает весь транспортный комплекс мира), а также рекультивации земель, выведенных из хозяйственного оборота. И тогда удастся стабилизировать уровень потребления, качество жизни, загрязнение окружающей среды, численность человечества на уровне 8-10 миллиардов человек и отчасти вписаться в геохимические циклы планеты.

Много воды утекло с тех пор, но выводы Д. Медоуза и В.А. Егорова так и не были опровергнуты последующими моделями. Сотрудник ИПМ А.С. Махов, развивая эти идеи, выяснил, где граница параметров мировой системы, после достижения которой кризис, коллапс и откат на века назад станут неизбежными.

По оценкам В.А. Садовничего и А.А. Акаева, следующих из построенной ими модели, при оптимальном законе развития человечества (разумеется, без мировых войн) к 2050 году для того, чтобы поддерживать Землю в приемлемом для жизни состоянии, придется тратить на эти цели более 1/4 глобального валового продукта.

Чтобы решить задачу, надо ясно представлять ее масштаб, не увлекаясь отдельными частями в ущерб целому. Именно на масштаб и хочется обратить внимание и авторов замечательной инициативы, и читателей…

Экономист, математик, священник Томас Мальтус (1766-1838) полагал, что численность человечества в благоприятных условиях растет в геометрической прогрессии — в одинаковое число раз за равные промежутки времени. И действительно, по этому известному из школьной программы закону при наличии достаточного количества ресурсов растут все виды — от амеб до слонов. Однако в отношении человека он ошибался. Палеодемографы и системные аналитики, а также выдающийся просветитель России С. П. Капица показали, что в течение сотен тысяч лет число людей на Земле росло со временем по гораздо более быстрому гиперболическому закону. При сохранении этих тенденций нас стало бы бесконечно много к 2025 году. В России эту дату называют моментом обострения, на Западе — сингулярностью.

С чем был связан этот стремительный рост? С тем, что мы — технологическая цивилизация. Мы научились передавать жизнесберегающие технологии (позволяющие жить дольше и лучше) в пространстве (из региона в регион) и во времени (от поколения к поколению). Как живут обычные виды? Они стремительно заполняют доступную им экологическую нишу, а потом наталкиваются на ограничения (неблагоприятные природные условия за пределами их ареала, хищники, конкуренты и так далее). Нам же удавалось не только занимать — доступные нам ниши, но и постоянно расширять — используя создаваемые технологии.

Однако этому приходит конец. Ключевым событием нашей эпохи является не освоение атомной энергии, покорение космоса или изобретение компьютера, а глобальный демографический переход. Это резкое — на протяжении жизни одного поколения — замедление роста числа жителей планеты. Это уход от стратегии «высокая смертность — высокая рождаемость» в масштабах всей планеты. Наиболее точная и корректная модель этого глобального процесса была недавно построена сотрудником ИПМ А.В. Подлазовым. В этой модели две главные переменные — численность людей и уровень технологий. Последние и определяют «технологическую нишу человечества». «Природоподобные технологии», позволяющие не создавать лишнего мусора, о которых ведут речь Ю. Магаршак и О. Фиговский, очень важны. Но не они, на мой взгляд, являются главными.

Главная бифуркация

Сочтемся славою –

Ведь мы свои же люди.

Пускай нам общим

Памятником будет

Построенный в боях

Социализм!

В. Маяковский

Думается, что проблема изменения алгоритмов развития человечества (так называл ее выдающийся ученый и мыслитель Н.Н. Моисеев) сейчас еще серьезней и глубже, чем она видится уважаемыми авторами альтервитальной концепции.

Одним из ключевых в современной математике является понятие бифуркации (от французского bifurcation -раздвоение, ветвление). Этим красивым словом математики называют изменение числа и/или устойчивости решений определенного типа при вариации параметров. Или в более широком смысле это момент, когда предшествующая траектория теряет устойчивость и одновременно у системы появляются новые возможности для развития.

Именно в точке бифуркации мир и оказался на рубеже XXI века. Мировые войны — это войны блоков государств. Их результатом оказывается передел мира, смена лидирующих держав и стремительное технологическое обновление, в ходе которого старая промышленность «сжигается» и быстро растет новая. Историки экономики называют Первую и Вторую мировые войны — «войнами нефти против угля». В ходе этих войн менялись ведущие державы мира. После Второй мировой войны Англия ушла на третью позицию в мире и развалилась колониальная система.

Война, к которой стремительно двигается современный мир, — это война за ресурсы. Не случайно США решили «переформатировать» Ближний Восток и «научить его демократии» — основные запасы углеводородов находятся именно там.

А теперь представим, что развитие технологий позволит снять эти проблемы. Например, эффективно применять солнечную энергию, используя поля солнечных батарей в Аризоне, Неваде, Сахаре, и передавать энергию с помощью достаточно дешевых сверхпроводящих кабелей (которыми нас обещают снабдить нанотехнологии).

Трансгенные растения, о которых мы знаем гораздо меньше, чем хотелось бы, позволяют в ряде случаев повысить производительность труда в сельском хозяйстве примерно в 100 раз.

Высокие технологии и современная наука могли бы «расшить» многие геополитические и геоэкономические узлы современного мира. Иными словами, нам нужен технологический переход, который бы позволил производить необходимое гораздо экономнее, чище и лучше, чем сейчас (альтервитальная экономика — это просто предельный случай, асимптотика, к которой можно стремиться). Теорию такого перехода более 35 лет назад разрабатывает профессор Л.Л. Каменик из Санкт-Петербурга. За этим переходом должен последовать ресурсный переход, связанный с переориентацией на возобновляемые ресурсы. Нам придется обращаться со многими ресурсами, как с книгами в библиотеке — использовал, верни на место. В работах Л.Л. Каменик детально спроектирована экономическая система, которая могла бы обслуживать такой тип хозяйства. И в этом смысле то, что кажется новым, часто оказывается хорошо забытым старым.

И тут наступает критический момент, о котором писал еще Маркс. Чтобы идея (например, природоподобного пути развития цивилизации) стала материальной силой, она должна овладеть массами, или пусть овладеет элитами, а лучше и теми, и другими.

Здесь-то, на мой взгляд, и лежит камень преткновения. Поставьте себя на место капиталиста, который вложил миллиарды в «грязное» производство и, естественно, хочет «отбить» свои деньги. И тут появляется талантливый изобретатель, который предлагает производить то же самое, но гораздо чище, однако в десятки (а иногда и в сотни раз) дешевле. Что же сделает капиталист? Скупит набор патентов, в которых представлена новая технология, и заплатит хорошие деньги изобретателю, чтобы он надежно забыл сделанное. Это, конечно, если капиталист является большим гуманистом по совместительству, а если нет, то судьба изобретателя может оказаться совсем грустной…

Социальные технологии имеют во множестве сфер, в том числе и в той, которая касается мусора, приоритет перед производственными. В конечном счете, именно они определяют, что общество готово принять, а от чего отказаться.

В самом деле, исследования показывают, что полиэтиленовый пакет, выброшенный в почву, будет разлагаться около 200 лет, а памперсы (образец нанотекстиля — он впитывает жидкости в 100 раз больше, чем весит сам) — 500 лет. Каждый гражданин России (в среднем) ежегодно выбрасывает 400 килограммов мусора (при этом съедая 60 килограммов фруктов и ягод, 100 килограммов хлеба и 70 килограммов мяса). При этом 70% (семьдесят процентов) — это только упаковка из-под товаров. Очевидно, здесь ситуация может быть быстро и кардинально улучшена. Однако она быстро ухудшается благодаря действиям ряда элитных групп и бездействию общества как целого!

Еще великий русский химик Д.И. Менделеев писал, что мы не настолько богаты, чтобы использовать извлекаемое из земли только один раз, что в промышленности нет «отходов» или «отбросов», а есть только ресурсы, которые мы пока не умеем использовать. Все мы помним, как в СССР школьники собирали макулатуру и металлолом. Но это лишь вершина айсберга — в стране была создана гигантская отрасль по переработке промышленных и бытовых отходов, находившаяся и в технологическом, и в организационном пространстве на передовых позициях в мире.

В настоящее время она в большей степени разрушена, а мир продвинулся далеко вперед. Сегодня в развитых странах перерабатывается 95% «мусора» и лишь 5% хоронится на полигонах. В России пропорция обратная! Самые совершенные технологии переработки будут бесполезны, если общество не видит в них нужды и не желает ими пользоваться. Гораздо важнее было бы управлять состоянием умов, а не отходами или денежными потоками…

Сообщество людей, осознающее важность проблемы, по счастью, сложилось в России. В течение десятка лет под началом одного из ведущих специалистов России в этой области -Г. И. Цуцкаревой — проводились ежегодные конференции в Санкт-Петербурге, издавался журнал «Рециклинг отходов», собирались новые технологии, велись базы данных, вновь и вновь ставился перед властью вопрос о создании отрасли рециклинга в России.

На первый взгляд, этому сообществу удалось добиться многого. Принят ряд законов, открывающих путь к проведению единой политики в сфере рециклинга, к тому, чтобы взимать с фирм, ввозящих в Россию свою продукцию, утилизационный сбор. Последний и должен был пойти на утилизацию ввезенного, когда оно отслужит свой срок. Но как только дело запахло деньгами, нашлась масса охотников у власти, знающих, как их использовать безо всякого рециклинга. А далее все по классической, известной с древних времен схеме: «Разделяй и властвуй». Усилия были вложены в то, чтобы объяснить, что порознь (по регионам, типам отходов, технологиям и так далее) работать будет лучше и «экономически эффективнее». Сообщество дезорганизовано, Всероссийские конференции по рециклингу, видимо, останутся в прошлом, а сам журнал «Рециклинг отходов», видимо, с 2016 года прекратит свое существование.

Вероятно, такое положение дел будет сохраняться до очередной чрезвычайной ситуации или катастрофы, сделающих очевидным, что так, как сейчас, с отходами обращаться нельзя.

А можно ли действовать на нынешнем уровне технологий иначе? Можно, если общество к этому готово. Уважаемые профессора Фиговский и Магаршак видят выход из нынешнего пути «цивилизации одноразовых стаканчиков» в создании биоразлагаемых материалов. Но ведь можно действовать и совершенно иначе!

Чтобы увеличить прибыль и обеспечить расширенное производство и связанное с ним потребление, многие ведущие мировые бренды искусственно сокращают время службы продаваемых товаров.

Во многих компаниях ведущие позиции занимают «гарантийщики» -специалисты, которые обеспечивают выход из строя своих товаров сразу после гарантийного срока. Пока это общая тенденция, которую трудно, но необходимо изменить.

Рециклинг отходов

Путь в будущее может быть связан с производством вещей очень длительного пользования, а в идеале вечных. И это уже возможно. Наверное, во многих домах до сих пор работают советские холодильники «ЗИЛ», изготовленные в 1960-х годах. Новые дома сейчас строят, рассчитывая на 50 лет, но технологии, которые давно и хорошо известны, позволяют строить на века (особенно впечатляет в этом контексте Венеция). Когда фирма «Toyota» выходила на американский рынок, то речь шла о двадцатилетней гарантии для автомобиля — все необходимое для этого тогда уже было. В прошлом году менеджер одного из российских салонов этой компании очень хвалил мне новую модель, но, тем не менее, советовал сменить эту отличную машину на следующую через три года… Что-то здесь не так.

Представим себе, что срок службы большинства товаров длительного пользования удастся увеличить в десятки раз. Это значит, что в ряде отраслей потребуется в десять раз меньше заводов. И, следовательно, ресурсов нужно будет извлекать из земли в 10 раз меньше. В результате появится другая экономика. Это будет уже не нынешняя «экономика ссудного процента», в которой во главу угла вопреки всем заклинаниям о «социальной ответственности бизнеса» поставлена прибыль, прибыль и еще раз прибыль. Основным критерием в хозяйстве будущего, очевидно, станет эффективное управление имеющимися на Земле запасами в интересах живущего и следующих поколений.

Нынешняя ситуация в мире, в которой 98% добываемого идет в отходы или в промежуточное потребление и только 2% в конечное, неприемлема. Она лишает нас будущего.

Ученые и инженеры уже сегодня могут предложить технологии, которые позволят осуществить это. Можно подвести лошадь к водопою, но нельзя заставить ее напиться. Чтобы осуществить технологический переход, ученым нужно время, ресурсы, поддержка общества и элит. Последнее требует глубоких социальных сдвигов.

Оправдан ли технологический оптимизм Ю. Магаршака и О. Фиговского в нынешней точке бифуркации, когда мир оказался очень близок к краю пропасти? Думаю, что да.

Видны признаки, показывающие, что даже успешные страны готовы к глубоким серьезным изменениям. К примеру, в 2010 году Германия решала, следует ли закупать новые 59 поездов взамен выработавших свой ресурс (24 миллиона евро за каждый) или ремонтировать и модернизировать имеющиеся (3 миллиона евро). На одной чаше весов прибыль, рабочие места, налоги, процветание компании «Siemens». На другой — экономия и защита окружающей среды. Перетянула вторая чаша. Это позволило сохранить 80% материалов, ранее использованных при создании поездов, и воздержаться от выплавки 16 тысяч тонн стали и тысячи тонн меди. В результате не было создано 500 тысяч тонн отвалов. Игра стоила свеч!

Новая реальность — это не только политические решения, изменение направления денежных потоков и высокие технологии. Это другой образ жизни. Мы давно пьем молоко из металлизированных пакетов и пиво из жестяных банок. Такая тара очень долго разлагается в почве, что отнюдь не полезно для природы.

Но люди старшего поколения помнят, что когда-то и пиво, и молоко продавали в стеклянных бутылках, которые потом собирали и сдавали. В Швейцарии — стране с очень высоким подушевым доходом по мировым меркам — так действуют до сих пор. При этом стеклянная бутылка за свою жизнь совершает 27 оборотов…

В начале XX века была популярна фраза: «Я не настолько богат, чтобы покупать дешевые вещи». Очевидно, вновь наступает время дорогих вещей. Когда приходится выбирать, надо отбросить второстепенное и сосредоточиться на главном. Будем надеяться, что нам это удастся.

Георгий Малинецкий Знание – сила №8 2016

Поделиться в социальных сетях

Оставить комментарий

One Comment

  • Я захлебнулся несуразицей буквально на»Есть ли выход? Можно ли разорвать этот порочный круг? «, «Если весь мир захочет жить по стандартам Калифорнии».
    Одних лишь этих клише достаточно, что бы сказать, что автор, либо явно пытается манипулировать, либо дурачок.
    Уже давно понятно, что рамки рекламной пропаганды США, не соответствуют требованиям выживания человечества.
    Остаётся лишь один вопрос, хватит ли США сил, самим привести своих мутантов к порядку, что бы все «стяжки» экономики «рассосались» как «швы на трупах»?
    Потому что природу убивает не всё человечество а лишь прогрессивная его часть, так называемая «белая кость», те самые жители «града на холме».
    Уже понятно, что на сегодняшний день, вся эта информация, как проститутка на субботнике, пошла в общественность, только по тому и ради того, что некие товарищи, поняли сами и смогли объяснить тем кто при реальной власти, что дальше так жить нельзя.
    Вот вам и статьи о всеобщем вымирании и прочая байда с выступлениями Гора о глобальном потеплении.
    На сегодняшний день становится ясно со всей очевидностью, что нас готовят к очередному сокращению населения а уж как это будет исполнено, ядерной войной, климатическими проблемами, нашествию тараканов-людоедов, созданием невыносимых условий существования, это уже не имеет большого значения, главное результат.
    Эти идиоты так и не смогли понять, что главное не блестящие побрякушки, не дубовая мебель, не электромобиль и ракета Фалькон а способность войти в состояние, когда всё это становится чушью и мусором, не достойным внимания а уж если и достойным внимания, то только потому, что этот мусор надо убрать, что бы не смердил.
    Вот вам и весь сказ.
    Пора возвращаться к древним традициям, дающим возможность не только прожить эту жизнь, но продолжить жизнь уже в иных измерениях.
    Ни какая математика, атомная энергетика и прочие залинания современных лже шаманов не спасут, но лишь наполнят адские хранилища, когда свершится то, от чего не сможет увернуться глупое человечество.

    Это не значит, что надо забросить науку, удариться в мракобесие, типа крестных ходов во круг кирпичного храма. Это уже из другой оперы и как сказал Христос «разрушьте этот храм и я воздвигну новый в три дня».

    Это уже из серии «узрите храм во всей его красе, во всём его величии».
    Когда наука, будет работать не на и не против схоластических движений а вне их.
    Квантовая механика почти вышла на этот уровень. Но это ещё не предел.