Предсказания академика Капицы
С.П. Капица
Сколько людей жило, живет и будет жить на земле.
Очерк теории роста человечества.
Москва
1999
Эта книга посвящается Тане,
нашим детям Феде, Маше и Варе,
и внукам Вере, Андрею, Сергею и Саше
Предисловие
Человечество впервые за миллионы лет переживает эпоху крутого перехода к новому типу развития, при котором взрывной численный рост прекращается и население мира стабилизируется. Эта глобальная демографическая революция, затрагивающая все стороны жизни, требует новых междисциплинарных подходов для изучения мирового исторического процесса.
Данная книга посвящена опыту количественного исследования развития человечества. Такие исследования начаты автором некоторое время тому назад, после того как при участии в Пагуошских конференциях ученых и заседаниях Римского клуба перед ним во всем многообразии открылась глобальная проблематика.
Из всех подобных проблем, несомненно, основной представляется рост населения нашей планеты. Остальные вопросы -- состояние окружающей среды, глобальная безопасность, исчерпание ресурсов и производство энергии -- возникают в связи с увеличением числа людей на планете.
Однако именно росту населения в международных дискуссиях уделялось меньше всего внимания. Более того, от этой проблематики долгое время уходили под теми или иными благовидными предлогами. Действительно, здесь затрагиваются самые глубокие проблемы истории, деликатные вопросы природы человека и общества, ценности и верования, утвержденные многовековыми традициями.
Обсуждение последствий быстрого роста населения и его возможных ограничений привлекало многих исследователей.
Начало подобных работ восходит еще к Мальтусу. Мальтус быть может впервые обратился к математическому моделированию для объяснения основных факторов, управляющих ростом населения. Им был сформулирован популяционный принцип согласно которому рост человечества, следующий геометрической прогрессии, будет опережать линейно растущее производство пищи.
......................
В этой книге предлагается системный подход к развитию человечества, в основе которого лежит математическое моделирование его роста. Существенным шагом стало понимание того, что взрывной рост населения есть режим с обострением, и это привело к последующему привлечению к исследованию методов нелинейной физики систем и синергетики.
.................
Поскольку теория основана на общих принципах динамики систем и для своего выражения использует математические методы, это может служить некоторым препятствием для обществоведов при знакомстве с данным кругом вопросов. Но используемая математика достаточно проста и вполне была бы доступна самому Мальтусу.
Хотя Мальтус и готовился принять сан, он был хорошо знаком с математикой XVIII века, о чем красноречиво говорит девятое место на традиционном экзамене по математике среди выпускников Кембриджского университета. Поэтому можно надеяться, что обществоведы овладеют математикой в той мере, в какой "поп-шарлатан" (по выражению Маркса) владел ею 200 лет тому назад в Англии.
Действительно, основной математический аппарат теории входит в программу первого года знакомства с анализом. Вместе с тем необходимы идеи и основные представления нелинейной механики сложных систем, которые принадлежат уже XX веку. Автор сделал все от него зависящее, чтобы основные результаты были доступны и без математики.
..........................
1.1 Постановка пpоблемы
............
В настоящее время стремительных изменений мир проходит через демографический переход -- превращение, никогда прежде не переживавшееся человечеством.
............
Это привело к пониманию природы демографического перехода, который сейчас переживает человечество при стабилизации населения нашей планеты на уровне 12-13 млрд, отвечающей представлениям и расчетам демографии.
.......................
Наконец, автомодельное развитие человечества, более быстрое, чем экспоненциальный рост, приводит к представлению об эффективном взаимодействии, охватывающем все человечество. Это взаимодействие, пропорциональное квадрату полного числа людей на Земле, определяет скорость роста. Его природа связана с распространением и обменом информацией и специфична для человека как вида. Такое коллективное взаимодействие лежит в основе развития и привело к тому, что численность человечества на много порядков больше, чем численность сравнимых с ним видов животных.
...........................
Итак, наша книга посвящена опыту количественного исследования развития человечества. История в значительной мере описывала прошлое как цепь событий и процессов, в которых большее внимание уделялось тому, что происходит, качественной стороне дела, а количественные характеристики имели второстепенное значение. Это связано с тем, что исторические факты, личности, вещи, понятия невольно предшествуют какой-либо количественной их оценке. Однако рано или поздно в историю должны проникать количественные критерии. Не как иллюстрация того или иного события, а как способ более глубокого познания исторического процесса, как основа для синтеза наших представлений.
1.3 От качественного к количественному анализу
Количественный подход оказалось возможным реализовать обратившись к представлению об истории человечества, как о процессе развития системы. В последние десятилетия системный подход получил большое распространение в ряде дисциплин. Первоначально он был развит в физике для описания поведения систем, состоящих из многих взаимодействующих частиц. Затем эти методы перенесли в химию и биологию, а потом применили для описания экономики и социальных явлений.
..................................
С раннего детства я помню, что тогда в мире жило 2 млрд человек, а сейчас нас 6 млрд. Тем самым моя жизнь протекала в период самого крутого роста численности населения планеты.
Однако на численность населения в историческом прошлом мы редко обращаем внимание. В 1700 г. число жителей на Земле было в 10 раз меньше, чем сегодня, но сколько людей жило в России в начале XVIII в. (10 млн, см. рис. 10.1), вам вряд ли кто с ходу ответит, тогда как годы царствования Петра~I знают все.
Приведенные цифры показывают, насколько неравномерен рост численности населения планеты. Если с начала XVIII в. за 300 лет население увеличилось всего в 10 раз, то за последние 70 лет произошло его утроение. Так, в ускорении скорости роста выражена динамика всего развития человечества в последний период мировой истории.
1.4 Демографический взрыв и переход
.....................
До последнего времени темп роста все увеличивался, и в настоящее время настолько велик (приближаясь к 90 млн в год), что его стали характеризовать как демографический взрыв, способный потрясти планету. Неустанно увеличивающееся население мира требует все больше пищи и энергии, минеральных ресурсов, что вызывает возрастающее давление на биосферу планеты [107,118].
..................
В настоящее время наиболее существенно то, что человечество переживает демографический переход [51, 73].
Это явление состоит в резком увеличении скорости роста популяции, сменяющемся затем столь же стремительным ее падением, после чего население стабилизируется в своей численности.
Этот переход уже пройден, так называемыми развитыми странами, и теперь подобный процесс происходит в развивающихся странах.
Демографический переход сопровождается ростом производительных сил и перемещением значительных масс населения из сел в города. По завершении перехода наступает также значительное изменение возрастного состава населения. Таким образом население мира за 1998 г. выросло на 1,5%, при абсолютном приросте около 88 млн. Если относительный рост снижается от максимального значения 2,1%, достигнутым в 60-х годах, то абсолютный рост проходит через максимальное значение около 90 млн в год и в начале следующего века произойдет резкий спад, ведущий к нулевому росту и к последующей стабилизации населения мира (см. также рис. 7.2 и П.2).
................
Следует иметь в виду, что точность данных для населения, даже в настоящее время, оценивается в 3-5%. Так население Земли в 1999 г., составляющее 6 млрд, известно в пределах 200-300 млн, т.е. с точностью до населения США, которое составляет 280 млн.
1.5 Методы демографии
..................
Для расчета роста населения в демографии развиты мощные численные методы, позволяющие в линейном приближении экстраполировать рост на одно -- максимум два поколения вперед. При этом мир разбивается на регионы и страны, следующие определенным сценариям роста. На основе таких расчетов, проведенных ООН, можно выяснить, например, что к 2025 г. в Буркина- Фасо (Верхняя Вольта) будет жить 37000 мужчин старше 80 лет [70]. В 10-й главе нами обсуждены результаты расчетов, а на рис. 10.2 показана реакция роста населения на события истории СССР и России.
Интересную разработку долговременного прогноза населения Земли и ее основных регионов, основанную на различных сценариях развития, предпринял А.В. Акимов, используя комплексный демографический подход [71]. Однако даже при столь детальном подходе такими методами трудно описать развитие человечества за сколько-нибудь длительный срок и на большой территории. Из-за деревьев демографических данных, сведений, доведенных чуть ли не до уровня отдельного человека, не видно леса, панорамы всех людей, населяющих нашу планету.
.................
Не ставится вопрос ни о шуме, ни об устойчивости и сходимости таких расчетов. Даже в линейном приближении коэффициенты должны быть представлены в виде интегро-дифференциальных операторов, учитывающих влияние скорости и инерции -- последействия и запаздывания в связях.
1.6 Сложность системы и уровень агрегации данных
Альтернативой может быть только последовательно системный метод, когда все население Земли рассматривается как эволюционирующая и самоорганизующаяся система, существенно нелинейная в своем поведении [1,2,9]. Эта концепция и лежит в основе математической модели, которая с таких позиций охватывает развитие уже всего человечества. Иными словами, для осуществления такой программы необходим переход на следующий уровень интеграции по сравнению с тем, что принят в демографии при описании отдельных стран и регионов.
........................
В росте численности населения мира мы будем видеть выражение и меру развития, развития во всех измерениях. Этому в демографии, истории и экономике препятствовала традиция специализированного видения и отсутствие должного комплексного подхода к проблеме. На подобную тенденцию многих современных исследований было справедливо обращено внимание в "Отчете независимой комиссии по населению и развитию": "При усиливающейся фрагментации знаний и экспертных заключений, в сочетании с углубленной специализацией профессионалов, все это препятствовало установлению связи между факторами роста населения и развития" [123]. Преодолению этой разобщенности в значительной мере и посвящена настоящая работа.
1.7 Oбзор содержания книги
................
Поэтому исходной является вторая глава, где наибольшее внимание уделено применению понятия демографической системы к народонаселению Земли.
..............
В третьей главе, после рассмотрения линейного и экспоненциального роста, приведены положения, лежащие в основе математической модели, и изложены результаты теории роста населения Земли. Анализ глобальных данных приводит к нелинейной -- квадратичной -- зависимости скорости роста от численности населения мира, которая и станет основой всего дальнейшего рассмотрения.
Математические выводы представлены в кратком резюме, которое может быть полезным тем, кому вычисления покажутся сложными. Систематическое изложение феноменологической теории роста вынесено в Приложение.
................
В пятой главе существенным результатом анализа стало установление взаимной связи роста числа людей с ходом исторического pазвития, при котором по мере роста населения происходит сжатие исторического времени, ускорение хода истории. Эта зависимость есть следствие нелинейности демографической системы, когда представление о собственном времени системы становится функцией ее численности.
..................
Седьмая глава посвящена демографическому переходу. За последние десятилетия, даже годы, решающим образом меняется характер роста населения мира. Его численность стабилизируется, изменяется распределение по возрастам. Это определяет, каким будет мир в следующем столетии, мир, в котором предстоит жить нашим детям, внукам и правнукам. Рассмотрение демографического перехода позволит установить соответствие между результатами, полученными методами системной динамики и демографии, провести стыковку двух подходов и понять, как эти два способа описания роста взаимно дополняют друг друга.
..............
Восьмая глава посвящена устойчивости развития демографической системы и тому, в какой мере устойчивость связана с историческим процессом. В то же время устойчивость развития определяет, в какой мере и как можно им управлять. Поучителен анализ крупных возмущений роста, какими были пандемия чумы в XIV в. и мировые войны XX в. Особое внимание обращено на устойчивость мирового развития в предвидимом будущем в связи со стремительным развитием странЮго-Восточной Азии и Тихого Океана.
В девятой главе рассмотрено влияние ресурсов -- пространства, энергии, пищи и информации -- на рост. В итоге станет ясно, что развитие демографической системы в большей степени подчинено собственным системным закономерностям, чем внешним факторам и обстоятельствам. Этот вывод можно сформулировать как принцип демографического императива, как следствие имманентности системного роста человечества.
В десятой главе мы обратимся к демографическим процессам в России. Основная цель состоит в понимании того, как глобальные процессы, происходящие в мире в целом, проявляются в демографии и исторических судьбах нашей страны.
..........
2.3 Социальный человек как биологический вид
..............
Существенно отметить, что по своей численности мы превышаем сравнимых с нами по размерам и питанию животных на пять порядков -- в сто тысяч раз (рис. 2.1). Только домашние животные, живущие около человека, не ограничены в числе подобно своим диким родственникам, каждый из которых занимает свой ограниченный ареал, свою экологическую нишу. Например, на свете живет более 2 млрд коров и быков, причем поедают они пищи больше, чем все люди вместе взятые.
Если человек не выделился бы из всего природного животного мира, то его численность была бы порядка 100 тыс.
....................
Причем если биосфера находится в состоянии относительного динамического равновесия и разнообразные биоценозы служат тому доказательством, то человечество находится в существенно неравновесном состоянии, очень далеком от того динамического равновесия, которое характерно для природы в целом.
......................
Мы увидим, что в случае человечества рост происходит не экспоненциально, а так, что скорость этого роста пропорциональна квадрату числа людей. Нелинейный рост привел к взрыву: людей стало на много порядков больше, чем сравнимых с ними животных, а сам человек расселился по всему земному шару. Это быстрое развитие происходит до тех пор, пока его скорость не становится столь большой, что отдельный индивид и система в целом больше не могут развиваться в таком самоускоряющемся и автомодельном режиме. Из этого следует, что в первом приближении наше развитие и рост не ограничены другими видами животных и природными ресурсами, пока наше воздействие на окружающую среду не приведет к глобальным по своему масштабу последствиям, которые уже в следующем приближении могут повлиять на развитие человечества.
.................
2.5 Mир нелинейных систем
..............
Малые воздействия на систему вблизи границы устойчивости могут привести к непропорционально большим последствиям. Так в 1914 г. Европа стремительно развивалась, вооружалась и находилась на пороге устойчивости. Убийство эрцгерцога Фердинанда оказалось малым, но достаточным возмущением для того, чтобы опрокинуть хрупкую систему европейской безопасности и ввергнуть Европу в непредвиденный хаос мировой войны. И только по прошествии 40 лет Европа перешла в новое состояние относительно спокойного развития.
...........
3.2 Линейный и экспоненциальный рост
................
В настоящее время (в 1999 г.), при населении мира в 6 млрд и приросте в 85 млн в год, линейный рост (рис. 3.1, A), экстраполированный в недавнее прошлое, приводит к тому, что 6.109:85.106 = 70 лет тому назад (в год рождения автора) все должно было бы начаться с нуля! Таким образом, линейная экстраполяция может дать удовлетворительные результаты на один -- два года, но в наше время демографического перехода продление ее даже на поколение не допустимо ни в прошлое, ни в будущее.
Рассмотрим экспоненциальный рост (рис. 3.1, B). Предполагая, что человечество в прошлом удваивалось за те же 40 лет, что и сегодня, оценим, когда такой процесс мог начаться. Для этого выразим численность населения мира, как степень двойки: 6.109@ 232. Значит, 32 поколения или 40*32=1280 лет тому назад, в VII в., за 200 лет до крещения Руси, все могло начаться с Адама и Евы! Даже если мы увеличим время удвоения в 10 раз, то этот момент отодвинется к началу неолита, когда население мира уже было порядка 10 млн (см. рис 5.2).
................
Следующий шаг при рассмотрении закона роста числа людей был сделан Мальтусом [50]. Опираясь на наблюдения за ростом численности населения в Америке, он установил, что в условиях неограниченных территориальных ресурсов население растет экспоненциально, удваиваясь в этих условиях за 18 лет. В то же время он предположил, что производство пищи происходит по линейному закону и будет отставать от роста населения. Основной вывод Мальтуса, а также его последователей, состоял в том, что рост населения будет ограничиваться производством пищи и ресурсами.
Подход Мальтуса, развитый Медоузом [104,111], оказался неверным, в первую очередь, потому, что в нем не учитывался системный характер развития.
...............
3.3 Гиперболический рост населения мира
Приведенные расчеты показывают, что ни линейный, ни экспоненциальный рост не могут описать развитие человечества за сколько нибудь значительное время. Демографические данные за много поколений свидетельствуют, что рост человечества хорошо укладывается только на гиперболическую кривую (см. рис. 1.1). В этом случае скорость роста пропорциональна квадрату полного числа людей.
.................
Рост по гиперболе обращается в бесконечность по мере приближения к моменту расходимости -- особой точке для функции роста. Именно это соответствует наступлению демографического взрыва и отвечает, так называемому, режиму с обострением. В реальных условиях в этой области вступают в силу факторы, ограничивающие рост.
..................
Рис. 3.4 Прохождение странами демографического перехода
1 -- Швеция, 2 -- Германия, 3 - СССР (Россия), 4 -- США, 5 -- Маврикий, 6 -- Шри-Ланка, 7 -- Коста-Рика, 8 - - Модель. Данные графиков сглажены. Ср. с рис. 10.1.
..................
Однако принятие квадратичного закона, приводящего к гиперболической кривой роста, обращающейся в бесконечность за конечное время, смущало многих исследователей. Из формулы (3.1) следует, что критическое время расходимости очень близко, и если тенденция роста, имевшая место до 1965 г., сохранится, такое время наступит в T1=2025 г. Это обстоятельство привело к тому, что некоторые (одни -- с юмором, а другие -- с ужасом!) увидели в описании демографического взрыва предвестника конца света [52].
...................
Это будет справедливо до тех пор, пока наше воздействие на окружающую среду не приведет к глобальным по своим масштабам последствиям, которые уже в следующем приближении могут повлиять на развитие человечества.
3.4 Закон квадратичного роста
..............
Только тогда, когда прирост населения на протяжении поколения или характерного времени t становится сравнимым с самой численностью населения мира, возникает критический переход к другому закону роста и как следствие -- переход к стабилизированной численности населения Земли. В этом следует видеть внутреннюю, системную природу демографического перехода.
...........
3.5 Информационная природа роста
..............
Поразительным свидетельством единства человеческого рода является наскальная живопись первобытного человека. Для автора незабываемым впечатлением было посещение знаменитой пещеры Альт Амиpа на севере Испании. Здесь нельзя не привлечь внимание к недавно открытой пещереШове на юге Франции, где наиболее древние рисунки появились не менее 30 000 лет тому назад. Они и сегодня поражают нас выразительностью и точностью изображения давно исчезнувших зверей [45].
.............
3.6 Pезюме результатов математических расчетов
.............
Самая ранняя и наиболее продолжительная эпоха линейного роста A началась 4,5 млн лет тому назад и ее длительность можно оценить 2,9 млн лет. К концу эпохи A население достигнет 100 000 чел.
Следующая, эпоха гиперболического роста B, продолжается 1,6 млн лет (3.6) и заканчивается за t =45 лет до критической даты T1=2005 г. в 1960 г. при населении мира, 3,22 млрд.
В течение эпохи B скорость роста пропорциональна квадрату общего числа людей N, населяющих Землю что приводит к гиперболическому росту.
Демографический переход занимает 2t =90 лет и заканчивается соответственно в 2050 г.
С демографического перехода начинается эпоха C -- переход к стабилизированному пределу - 13 млрд.
В критическом 2005 г. население мира достигнет половины предельной величины 6,5 млрд, а скорость роста населения достигнет максимума 90 млнь в год, что соответствует относительной скорости роста 1,5%.
................
Перечисленные формулы показывают, как много цифр, характеризующих развитие человечества, можно извлечь с помощью всего лишь одной константы K и постоянной времени t , входящих в модель.
.............
4.2 Модель в историческое время
После каменного века и неолита данные по населению мира во всем диапазоне времен со все возрастающей достоверностью укладываются в предложенную модель, несмотря на то, что чем дальше мы уходим в прошлое, тем точность данных для населения мира уменьшается [59, 61, 76]. Даже для времени Рождества Христова оценки палеодемографов дают от 100 до 250 млн человек, в то время как по расчету следует ожидать около 100 млн. Это число часто приводится в литературе, и оно соответствует, в частности, оценке, приведенной в Заявлении 58 Академий наук по демографии, сделанном в 1993 г. в Дели [116]. К этой же оценке обратился Форстер [52].
...............
Последнюю и наиболее полную сводку данных о населении мира привел Коэн [121]. Они сведены в табл. 4.1 и показывают разброс цифр, полученных из разных источников.
Табл 4,1
N Nm
1920 1,8 2,0
1930 2,0 2,2
1940 2,3 2,5
1950 2,5 2,8
1960 3,0 3,2
1965 3,3 3,4
1970 3,7 3,7
1975 4,0 4,0
1980 4,4 4,4
1985 4,9 4,7
1990 5,3 5,1
1995 5,8 5,6
2000 6,3 6,0
2005 6,7 6,5
2010 7,6 6,9
2025 8,5 8,2
2050 10 9,7
2075 10,8 10,6
2100 11,2 11,1
..............
(продолжение следует)
Содержание