Сергей Капица - Общая теория роста человечества Страница 9

Самое длительное время занимают процессы биологической эволюции, определяемые уже генетической природой человека и относительно медленными процессами, которые происходят в генетике популяций. Можно утверждать, что на протяжении последних ста тысяч лет человек биологически мало изменился и основное развитие человечества происходило уже в социальной сфере при сапиентации человека [38, 42].

Именно эти процессы количественно описываются феноменологической математической моделью, которая интерпретирует данные демографии и антропологии на основе системного подхода. Основным параметром роста и развития демографической системы становится численность населения мира, а область применения модели ограничена видовыми и временными рамками эффективных взаимодействий. Эти границы следует иметь в виду, когда результаты расчетов сопоставляются с данными антропологии и демографии.

2.4 Слагаемые роста населения

Для того, чтобы выяснить роль факторов роста населения, обратимся к основному уравнению демографии -- уравнению баланса населения страны. В любой момент времени рост населения страны или региона можно представить как сумму трех слагаемых:

Прирост = Рождения - Смерти ± Миграция

причем прирост, рождаемость и смертность обычно выражают в процентах или в единицах на 1000 населения в год. Данные для Франции, быть может демографически наиболее изученной страны мира, представлены на рис. 2.3.

Из сопоставления графиков рождаемости и смертности для середины XVIII в. видно, что число родившихся составляет 4,5%, а умерших около 4% за год, в то время как средний рост населения составлял всего 0,5%, т.е. был на порядок меньше. Если мы продолжим эти кривые в прошлое, есть все основания предположить, что рождаемость и смертность будут соответственно расти, а их малая разница, определяющая рост, будет уменьшаться. Обратим также внимание на значительные флуктуации роста. Но по мере развития демографического перехода и приближения к нашему времени рождаемость и смертность уменьшаются, а рост населения увеличивается. Это парадоксальное поведение завершится при наступлении максимума роста населения, после чего наступит переход к режиму стабилизации населения, при котором рождаемость и смертность будут асимптотически стремиться к одинаковым значениям.

Рис 2.3 Население Франции с 1740 по 1980 г., усредненное за декады

1 -- рождаемость, 2 -- смертность, 3 -- рост населения, % в год

Из сравнения двух тенденций роста видно, что до демографического перехода рост населения следовал своей закономерности вековых изменений, хотя формально его и можно представить как разность числа рождений и смертей. Но сама эта разница есть следствие множества факторов, определяющих способность населения к росту. Сюда входят производство пищи и жилье, развитие торговли и промышленности, состояние медицины и образования, культура и наука, войны и эпидемии и, наконец, миграция населения. Она может быть как с отрицательным знаком -- эмиграция из страны, так и с положительным знаком, означающим приток населения в страну. Рождаемость, являясь необходимым, но не определяющим компонентом, может быть намного больше роста, который определяется многими процессами, происходящими в стране. Результатом взаимодействия всех факторов в сложной нелинейной системе будет рост населения, который выражает интегральную характеристику развития страны или региона. Если мы просуммируем рост для всех стран и регионов мира, то окажется, что все миграционные потоки уравновесятся и их сумма точно обратится в ноль. Поэтому для демографической системы мира в уравнении баланса населения останется только два слагаемых, что существенно упрощает задачу.

Наконец, если рассматривать рост населения до демографического перехода, то в силу медленности изменений можно отвлечься от рождаемости и смертности и обратиться непосредственно к росту населения. Только при прохождении демографического перехода следует учесть, что происходят быстрые, нестационарные изменения в демографической системе. Временной масштаб этих переходных процессов оказывается порядка жизни человека. Именно это самое короткое время характерных изменений станет масштабом времени при рассмотрении картины развития человечества.

2.5 Mир нелинейных систем

На протяжении всего предшествующего изложения постоянно возникало упоминание нелинейных явлений, нелинейности поведения системы. Ниже эти понятия будут раскрыты, и на ряде примеров показано, в чем состоит различие линейного и нелинейного подходов. Это различие существенно, потому что в настоящее время достигнуто общее понимание важности этого круга понятий, выходящих далеко за пределы той области механики и физики, где они зародились [149].

Представление о линейных законах связано прежде всего с тем, что они обычно описывают малые изменения изучаемого объекта. Так растяжение пружины пропорционально приложенной силе. Только когда преодолена упругость и прочность материала пружины, ее растяжение перестает быть пропорциональным силе. Для линейных явлений не важен их масштаб -- растяжение на миллиметр или сантиметр качественно одинаково, если предел прочности составляет метр.

Пример слабо нелинейной системы -- маятник. Пока угол его отклонения мал по сравнению с 90o, время колебаний, как у линейной системы, слабо зависит от его размаха. Рассматриваемые системы имели малое число степеней свободы. В сложной системе при таком линейном подходе обычно выделяется только одна степень свободы.

Поведение сложных систем можно рассматривать, как говорят, в линейном приближении. Это верно тогда, когда состояние системы устойчиво. Критерий устойчивости системы заключается в малых колебаниях около положения равновесия. Если же система находится вблизи порога устойчивости, но еще устойчива, то даже небольшое возмущение может стать причиной непропорционально крупных изменений, наступающих при потере устойчивости, нарушении внутренней структуры и организации системы, которые затем приводят к хаосу (рис. 2.4).

Очень многое в нашем поведении и суждениях основано именно на линейной модели мира. В большинстве случаев она работает и служит прекрасным инструментом нашего сознания -- от оценки погоды на следующий день до поведения машины при повороте или обгоне. Однако надо помнить, что линейная модель всегда ограниченна, для нее всегда есть порог -- жесткий, как хрупкость стекла, или невыраженный, как при растяжении резины. Рассматривая линейный подход, мы увидели, что есть предел, за которым наступает качественно новая область -- нелинейный мир. Он намного разнообразнее линейного, и для объяснения нелинейных явлений надо искать новые образы и интеллектуальные модели [17].

С понятием линейности связаны и прочно укоренились в нашем сознании причинно-следственные отношения. Причиной деформации пружины является действующая сила. При управлении машиной малыми усилиями руля обеспечивается устойчивое движение по заданному пути на основе линейных прогнозов движения автомобиля. Такие линейные прогнозы мы все склонны делать, и для этого есть глубокие психологические причины.

Рис. 2.4 Системы устойчивые (1), ограниченно устойчивые (2) и неустойчивые (3)

Причиной маневра машины являются воля и усилие водителя, однако при неумелом или резком повороте машину может занести -- порог устойчивого движения будет перейден и движение станет неуправляемым; маневр привел к неконтролируемым последствиям. Таким образом, в нелинейных явлениях причинно-следственная связь событий оказывается неоднозначной, и простая линейная зависимость причины и следствий больше не отвечает сложной картине движения.

Предвидение развития событий при движении машины и изменении погоды или при расчете роста населения ограничено горизонтом прогноза. Так прохождение атмосферного фронта приводит к резкому, за несколько часов, изменению погоды. В системе преодолевается порог развития, происходят внезапные бифуркации, переходы в новое состояние организации системы, после чего наступает следующая стадия эволюции, пока развитие не приведет к новому порогу и переходу в новое состояние. В этом состоит сценарий развития сложной системы, каким он представляется в образах нелинейной механики.

Рассматривая устойчивый рост населения страны, можно с достаточной уверенностью предсказать его численность через 5 или 10 лет. Действительно, за это время население увеличится на 7-15%, еще меньше составит миграция населения, и можно предвидеть с определенной степенью вероятности, что в течение этого срока не наступит война или другая катастрофа. Происходит это потому, что рассматриваются малые, по сравнению с общей численностью населения, изменения. Однако экстраполяция населения на поколение вперед требует уже большей осмотрительности и множества оговорок.