Метки

, , , ,

Наброски к проекту Пост-Индустриального Мира

Shit-Happens2

В продолжении темы о неистребимой и столь же несбыточной тяге человечества к «прекрасным, незагаженным звездам Вселенной«, поговорим еще об одном капитальном препятствии на пути реализации подобных «переселенческих» проектов, да и всего научно-технического прогресса человечества в целом, препятствия связанного с такими физическими понятиями как ЭНТРОПИЯ и ТЕПЛОВАЯ СМЕРТЬ, которые вытекают из одного фундаментального закона нашей Вселенной — Второго Начала Термодинамики, накладывающего ограничения на направление процессов передачи тепла между телами.

В переводе с научного, ЭНТРОПИЯ — это хаос, саморазрушение и саморазложение, а второй закон термодинамики утверждает, что полное количество энтропии (беспорядка, или хаоса) во Вселенной растет. Это означает, что не может быть ничего вечного; все должно гнить, разлагаться, ржаветь, стареть или разваливаться.
Это же относится и к любым живым системам, например, человечеству, которые обмениваясь с окружающей средой энергией, веществом и информацией, являются таким образом, открытыми системами. Для того, чтобы не погибнуть, любая живая система борется с окружающим хаосом путем организации и упорядочивания последнего, то есть импортируя негэнтропию (порядок).
Однако снижение энтропии в живых системах возможно только за счёт повышения энтропии в окружающей среде, так что в целом процесс повышения энтропии продолжается, и в итоге в любой замкнутой термодинамической системе наступает состояние ТЕПЛОВОЙ СМЕРТИ, при которой более не будет никакого направленного обмена энергией, так как все виды энергии перейдут в тепловую. При этом в такой системе термодинамическая энтропия достигает максимального значения.

1009460-coverЧтобы не запутаться в абстрактных научных понятиях, призовем в качестве поводыря и эксперта страстного технооптимиста и активного популяризатора науки, американского ученого Митио Каку написавшего довольно любопытную научно-футурологическую книжку — «Физика будущего». Главная заслуга автора, по-моему, состоит в том, что оставаясь специалистом в области теоретической физики, он в предпоследней главе книги, вполне объективно и честно описывает весь спектр сложнейших цивилизационных задач, который предстоит решить человечеству в ближайшее столетие не только для того чтобы покорить космос, а просто для того чтобы элементарно выжить на нашей планете Земля.

Итак, Глава Восьмая, «Будущее человечества. Планетарная цивилизация».

Все технические революции, описанные в этой книге, можно считать этапами большого пути к одной великой цели: созданию планетарной цивилизации. Переход к ней должен стать, вероятно, величайшим событием в истории человечества.
Я убежден, что если не произойдет какой-либо природной катастрофы мирового уровня и если людская глупость не достигнет вселенских масштабов, человечество неизбежно вступит в эту фазу нашей истории. Нагляднее всего в этом можно убедиться на примере истории мировой энергетики.

Шкала развития цивилизаций
Когда профессиональные историки пишут об истории, они рассматривают ее через призму человеческого опыта и человеческой глупости — т. е. через деяния королей, социальные движения и распространение идей. Физики видят историю совершенно иначе.
Физики оценивают любой объект, даже цивилизацию, по количеству потребляемой энергии. Если говорить об истории человечества, то ясно, что на протяжении бессчетных тысячелетий энергия, которой мог распоряжаться один человек, ограничивалась одной пятой лошадиной силы, т. е. силой одной пары человеческих рук; именно поэтому люди вели кочевую жизнь в маленьких бродящих племенах, пытаясь добыть себе пропитание в суровом и враждебном мире.
Но 10 000 лет назад произошло событие, подтолкнувшее цивилизацию к развитию: тысячелетнее оледенение закончилось, открыв дорогу сельскому хозяйству. Вскоре были одомашнены лошади и быки, и энергия, которой мог распоряжаться человек, увеличилась до 1 л.с. Теперь один человек мог обрабатывать несколько гектаров земли и к тому же вырабатывать излишки энергии, достаточные, чтобы прокормить быстро растущее население.
Излишки, возникшие в результате сельскохозяйственной революции, породили новые нетривиальные способы сохранения и приумножения богатства. Возникли математика и письменность, позволившие организовать учет благосостояния. Потребовались календари, чтобы определять сроки сева и сбора урожая; потребовались писцы и счетоводы, способные следить за капиталом и облагать его налогом. За счет излишков были созданы большие армии, королевства, империи, возникли рабство и древние цивилизации.

NotaBene (Лыко в строку — П.А.)
О роли сельского хозяйства в возникновении цивилизации я уже высказывался, возможно не столь «политкорректно», зато более доходчиво в «Родимых пятнах экономической науки«:  «Как только один крестьянин смог прокормить десятерых, девятеро тут же перестали заниматься земледелием. А двое или трое из них, естественно, занялись самой нужной и ценной работой – распределением продуктов чужого труда. Им важно было объяснить остальным, что они делают, почему берут себе львиную долю ценностей и почему без боя их не отдадут.»

Следующая — промышленная революция произошла около 300 лет назад. Внезапно оказалось, что капитал, накопленный человеком, может быть создан не только трудом людей или животных; его могут создавать машины, а массовое производство — путь к сказочному богатству. Оказалось, что капитал можно создавать на фабриках, заводах и шахтах, а не только в полях. Крестьяне, изголодавшиеся в очередной неурожайный год и измотанные тяжким трудом на полях, бежали в города и превращались в промышленных рабочих. Двигатель внутреннего сгорания дал в руки человека сотни лошадиных сил.
Наконец, сегодня мы наблюдаем третью волну, когда источником капитала становится информация. Богатство стран теперь измеряется электронами, бегающими по всему миру по оптико-волоконным сетям, и байтами информации, принимаемыми и излучаемыми от спутников; рано или поздно все они появляются на экранах компьютеров Уолл-стрит или других финансовых столиц. Наука, коммерция и развлечения сегодня путешествуют со скоростью света; человек, где бы он ни находился, в любое время может получить всю необходимую информацию.

Цивилизации I, II и III типа
Можем ли мы ответить, как этот экспоненциальный рост энерговооруженности будет продолжаться в ближайшие столетия и тысячелетия? Физики, пытаясь классифицировать цивилизации, оценивают их все по тому же критерию: потребляемой энергии.
Первым такую классификацию ввел русских астрофизик Николай Кардашёв, который прекрасно понимал, что цивилизации могут кардинально различаться по культуре, общественному устройству, принципу управления и т. п., но существует то, чему все они должны подчиняться: законы природы. Кроме того, ясно, что с Земли мы можем зарегистрировать и измерить лишь одно — потребление энергии, и классифицировать цивилизации следует именно по этому критерию.
Кардашёв предложил делить внеземные цивилизации на три теоретических типа. Цивилизации I типа — цивилизации планетарные, потребляющие лишь ту долю излучаемой светилом энергии, которая приходится на планету (около 1017 Вт). Ко II типу относятся звездные цивилизации, они потребляют всю энергию, излучаемую светилом (около 1027 Вт). К III типу относятся галактические цивилизации, потребляющие энергию миллиардов звезд (около 1037 Вт).
Достоинство этой классификации в том, что мы можем количественно оценить мощь любой цивилизации, вместо того чтобы строить общие предположения и гадать на кофейной гуще. Мы знаем энергетический выход соответствующих небесных объектов и в состоянии ограничить каждый из них конкретными численными рамками.
Типы различаются между собой на десять порядков, т. е. в 10 млрд раз: цивилизация III типа потребляет в 10 млрд раз больше энергии, чем цивилизация II типа (потому что в Галактике примерно 10 млрд звезд), а она, в свою очередь, потребляет в 10 млрд раз больше энергии, чем цивилизация I типа.
По этой классификации наша сегодняшняя цивилизация относится к классу 0. Нас вообще нет на этой шкале, ведь мы до сих пор получаем энергию из остатков погибших растений, т. е. из нефти и угля. (Карл Саган, обобщая эту классификацию, попытался более точно оценить наше положение на этой космической шкале. У него получилось, что мы сейчас цивилизация типа 0,72.)

Кардашёвская классификация цивилизаций была предложена в 1960-е гг., когда физиков очень беспокоило производство энергии. Однако экспоненциальный рост компьютерных мощностей заставил обратить особое внимание на информационную революцию, в которой объем информации, которую способна переработать цивилизация, становится не менее важным, чем ее энерговооруженность.
В последние годы на первый план вышел еще один фактор: загрязнение окружающей среды и отходы. Энергии и информации недостаточно, чтобы всесторонне оценить цивилизацию. Более того, чем больше энергии потребляет цивилизация и чем больше информации производит, тем сильнее страдает окружающая среда. Вопрос не академический, поскольку отходы цивилизаций I или II типа могут их попросту погубить.
К примеру, цивилизация II типа потребляет всю энергию, излучаемую звездой. Предположим, что двигатели, которые она использует, имеют КПД 50 %, т. е. половину потребляемой энергии переводят в полезную работу, а вторую половину выделяют в форме бесполезного тепла. Это может привести к настоящей катастрофе, ведь температура на планете будет расти, пока она не расплавится! Представьте себе планету с миллиардами угольных станций, выделяющих газы и тепло в громадных количествах, до тех пор, пока жизнь на планете не станет невозможной.
Поэтому возникает новый тревожный вопрос: бесконтрольный рост энергопотребления для любой цивилизации означает самоубийство. Очевидно, что энергия и информация — не все, в чем нуждается цивилизация для успешного продвижения по шкале прогресса. Нужна новая шкала, которая принимала бы во внимание эффективность, паразитное тепло и загрязнение окружающей среды. Такая шкала разработана, и основывается она на концепции энтропии.

 Классификация цивилизаций по энтропии
В идеале нам нужна цивилизация, растущая в плане энерговооруженности и обработки информации, но делающая это разумно, так чтобы планета не превратилась в невыносимо жаркую замусоренную пустыню.
Именно здесь в игру вступают законы термодинамики. Первое начало утверждает, что невозможно получить что-нибудь даром, т. е. бесплатного сыра не бывает. Иными словами, сумма вещества и энергии во Вселенной постоянна. В главе 3, однако, мы выяснили, что второй закон термодинамики гораздо интереснее первого и, более того, когда-нибудь именно он может определить судьбу продвинутой цивилизации. Попросту говоря, второй закон термодинамики утверждает, что полное количество энтропии (беспорядка, или хаоса) во Вселенной растет. Это означает, что не может быть ничего вечного; все должно гнить, разлагаться, ржаветь, стареть или разваливаться. (Невозможно увидеть, чтобы энтропия уменьшалась. Так, ни один человек не видел, чтобы жареное яйцо спрыгнуло со сковородки и упаковалось обратно в скорлупу. Вероятность такого события настолько мала, что даже выразить это словами невозможно.)
Итак, если гипотетическая цивилизация будущего начнет бездумно производить энергию, развиваясь и переходя к типу II или III, она получит так много паразитного тепла, что ее родная планета станет непригодной для жизни. Энтропия в форме паразитного тепла, хаоса и загрязнения окружающей среды, по существу, уничтожит цивилизацию. Точно так же, если ради производства информации цивилизация будет вырубать леса и громоздить горы бумажных отходов, она окажется погребенной под собственным информационным мусором.
Придется ввести еще одну шкалу для оценки и классификации цивилизаций. Введем два новых типа цивилизаций.
Первый тип — цивилизация, сдерживающая рост энтропии и использующая все средства, находящиеся в ее распоряжении, для ограничения выбросов тепла и накопления отходов. По мере роста (экспоненциального) ее энергетических запросов такая цивилизация неизбежно осознает, что дальнейший рост энергопотребления может сделать планету непригодной для жизни. Конечно, полную энтропию, возникающую в результате деятельности продвинутой цивилизации, ограничить невозможно; она и дальше будет расти по экспоненте, это неизбежно. Но местную энтропию на планете можно даже уменьшить, если разумно использовать нанотехнологии и возобновляемые источники энергии, исключить лишние потери и неэффективность.
Второй тип — это цивилизация, которая, не задумываясь о росте энтропии, продолжает расширяться и без конца увеличивать энергопотребление. Со временем, если родная планета становится непригодной для жизни, такая цивилизация пытается оставить ее и переселиться на другие планеты. Но создание колоний в открытом космосе — дорогое удовольствие, а возможности экстенсивного расширения небеспредельны. Если окажется, что рост энтропии опережает способность цивилизации к экспансии, ей будет грозить гибель.

 Стать не властителями природы, а ее хранителями
Как уже упоминалось, в древности человечество пассивно созерцало танец природы, в изумлении взирая на окружающие его со всех сторон загадки и тайны. Сегодня человек скорее напоминает хореографа, он то и дело вмешивается в танец, корректируя силы природы то там, то здесь. К 2100 г. человек станет властелином природы, научится силой мысли двигать предметы, обретет власть над жизнью и смертью и потянется к звездам.
Но став властелином природы, человек должен быть и ее хранителем. Стоит допустить неумеренный рост энтропии — и законы термодинамики погубят человечество. Цивилизация II типа по определению потребляет энергии столько, сколько выделяет звезда, и если все это потребление будет происходить на Земле, ее поверхность разогреется до весьма высоких температур. Но способы контролировать энтропию и сдерживать ее рост все же существуют.
К примеру, необходимость в гигантских угольных электростанциях, выбрасывающих в воздух громадное количество тепла и загрязняющих веществ, можно серьезно снизить за счет повышения эффективности машин и приборов, за счет использования возобновляемых источников энергии и миниатюризации. Нанотехнологии, уменьшая машины до атомных размеров, дают нам возможность еще сильнее ограничить тепловое загрязнение.
Кроме того, если в этом столетии будут созданы сверхпроводники, сохраняющие свои свойства при комнатной температуре, потребности человечества в энергии необходимо будет полностью пересмотреть. Паразитное тепло, возникающее в основном от трения, почти исчезнет, эффективность машин резко вырастет. Скорее всего, продвинутая цивилизация сможет выполнять гораздо более серьезные задачи, чем мы сегодня, с гораздо меньшими энергетическими затратами. Это означает, что энтропию, питаемую такой цивилизацией, можно ограничить.

 Самый опасный переход
Переход от сегодняшней цивилизации 0 типа к будущей цивилизации I типа — это, возможно, величайшее событие в истории. Именно в этот момент определяется, будет ли человечество процветать и развиваться дальше или погибнет от собственной глупости. Этот переход чрезвычайно опасен, поскольку человек по-прежнему остается заложником той варварской дикости, что сопровождала его медленный и болезненный подъем. Сорвите тонкий покров цивилизации — и вы увидите фундаментализм, сектантство, расизм, нетерпимость и подобные им силы в действии. Природа человека за последние 100 000 лет почти не изменилась, но сейчас у нас есть ядерное, химическое и биологическое оружие.
Но если переход к I типу все же произойдет, у нас впереди будет много времени на улаживание всех разногласий. Как мы видели в предыдущих главах, космические колонии еще надолго останутся чрезвычайно дорогим удовольствием, так что вряд ли можно предположить, что существенная часть человечества покинет Землю и отправится на колонизацию Марса или пояса астероидов. Для большинства обитателей Земли это означает, что и после обретения человечеством статуса цивилизации I типа они останутся жить на родной планете. Это означает также, что в составе единой планетарной цивилизации у нас будет достаточно времени на то, чтобы понять друг друга и разрешить старые споры.

Вот на такой осторожно-оптимистической нотке заканчивает Митио Каку свой рассказ о перспективах перехода человечества к так называемому Первому Типу Цивилизации… В причинах такого осторожного подхода к перспективам содания «планетарной цивилизации» попробуем разобраться в следующих постах.

Продолжение >>>

Реклама