Биофизическая модель устойчивого развития цивилизаций

Биофизическая модель устойчивого развития цивилизаций

В последний час Земли не с ангелов, не с черта. А с бедных смертных - с нас потребуют отчета... Но им ведь все дано... а мы - что мы могли? О судия, прости, но здесь неладно что-то. 

Махмуд Пахлаван 

Около 5 тыс. лет назад возникла форма социального общежития, называемая цивилизацией. Цивилизация представляет собой классовое общество с экономикой, основанной на товарном производстве и торговле, политической системой в виде государства, денежным обращением и городами как центрами власти, военной и финансовой силы, культуры, науки, искусства, преступности и паразитизма. 

Цивилизации были ступенями общественного и технического прогресса, так как технические достижения каждой из них распространялись за ее пределы и сохранялись там после ее гибели. Небольшие цивилизации Египта, Индии, Двуречья, государства Шан сменились гигантами: Римской империей, государством Мин, империей Моголов, Западноевропейской цивилизацией. Со времени великих географических открытий началось формирование единой мировой цивилизации, резко ускорившееся во время промышленной революции. На повестке дня - создание Мирового государства, ибо мир уже един в экономическом и в информационном отношении, а средства управления позволяют контролировать события в любой точке Земли из одного центра. 

Рассматривая причины упадка и разрушения Римской империи, Э. Гиббон [1] поставил вопрос о судьбе современной цивилизации. Нынешний социальный и экологический кризисы делают решение этого вопроса актуальной научной проблемой, имеющей фундаментальное значение для дальнейшего существования человечества. 

Факторы, определяющие причины возникновения, расцвета и гибели цивилизаций, следует искать в особенностях их системной организации, так как не природные, а стихийно действующие социальные процессы привели к гибели Древний Египет, Римскую империю, государство Хань и другие древние общества. Их гибель была не просто переходом общества из одного состояния в другое: она носила характер катастрофы. Падал культурный уровень, иногда вплоть до утраты письменности, разрушалась наука, падал уровень техники и технологии, снижался уровень жизни. Сопутствующие этому гражданские войны, вторжения иноземных завоевателей, разрушение экономики вели к массовой гибели населения. Те же стихийные силы действуют в современном обществе, породив, в частности, экологический кризис. Цивилизация -социальная система, поэтому особенности ее развития можно понять, используя общие законы теории систем. Таковы законы термодинамики, в принципе не зависящие от природы образующих систему объектов, а именно: закон сохранения энергии замкнутой системы (I начало термодинамики), закон возрастания энтропии (неупорядоченности) замкнутой системы (II начало термодинамики), закон стремления к нулю энтропии (стремления к полной упорядоченности) системы при стремлении к нулю ее температуры (III начало термодинамики). 

Под энтропией ниже понимается информационная энтропия Н = -  pi log2 pi где pi-вероятности различных состояний системы [2]. В биологических и социальных системах pi- вероятность состояний, возникающих в результате выполнения системой ее функций. Социальная система - открытая система, через которую проходит поток вещества, энергии и информации. В открытых системах законы термодинамики проявляются в диалектическом единстве: рассеяние энергии такой системой в виде излучения приводит к росту энтропии всей системы, в то время как снижение внутренней энергии системы, обусловленное потерей энергии при излучении, ведет к уменьшению энтропии подсистемы вещества. Это справедливо для таких объектов, как возбужденный атом, звездная система, конденсирующийся пар или замерзающая жидкость. Наиболее близкий аналог социальных систем - биологические системы. Для последних справедлива теорема Э. Шредингера [3] о питании системы упорядоченностью из окружающей среды. Суммарная энтропия системы "биологический объект - окружающая среда" растет, т.е. беспорядок, создаваемый живым, превышает достигаемую при жизнедеятельности упорядоченность. 

Основное проявление жизни биологической системы - процесс деления клетки, происходящий в тот момент, когда масса клетки удваивается [4]. Фактор, вызывающий процесс деления, пока неизвестен, но деление может быть следствием только одной из двух причин. Первая - ухудшение условий питания с ростом клетки. Действительно, входной поток вещества, энергии и информации пропорционален площади поверхности клетки, а число его потребителей пропорционально ее объему. Отношение же "объем - поверхность" пропорционально линейному размеру клетки. Следовательно, величина удельного потока, или потока, приходящегося на единичного потребителя, уменьшается с ростом клетки, и процессы жизнедеятельности должны замедляться. При этом скорость процессов метаболизма остается постоянной, поскольку они не зависят от размеров. Максимальный размер клетки определяется условием превышения скорости процессов жизнедеятельности над скоростью процессов разрушения. Вторая причина, ограничивающая размер клетки, - ухудшение условий управления внутренними процессами. С ростом клетки увеличивается время прохождения сигналов. Кроме того, рост клетки означает построение копий каждого ее элемента. Возникают два центра управления, и эффективное руководство делается невозможным. Деление клетки приводит к снижению ее энтропии, т.е. увеличению упорядоченности. Лишняя энтропия сбрасывается в окружающую среду. 

При делении в специально подобранных средах клетки образуют колонии (культуры). Клетки, живущие в колонии, после 50-60 делений неизбежно гибнут [З]. Поэтому продолжительное существование данного вида возможно либо путем распада на отдельные клетки, если они способны выжить в одиночку, либо путем образования системы - многоклеточного организма. Многоклеточный организм - это способ существования вида, клетки которого не в состоянии выжить в одиночку. Организм растет за счет процессов накопления вещества, энергии и информации в клетках, что обусловливает их деление. Увеличение числа клеток приводит к уменьшению удельного потока благодаря отношению "объем - поверхность" и к увеличению энтропии системы из-за увеличения числа элементов. Уменьшение удельного потока при постоянной скорости процессов метаболизма ведет к снижению средней внутренней энергии, приходящейся на отдельную клетку, или температуры, что, в свою очередь, ведет к увеличению упорядоченности системы путем увеличения ее структурной сложности, компенсирующей рост энтропии, обусловленный ростом числа элементов. Рост организма прекращается тогда, когда становится невозможным дальнейшее усложнение системы, образованной из клеток данного типа, определяемого генотипом. 

Разрушение организма обусловлено двумя причинами: различной скоростью процессов накопления вещества, энергии, информации в разных его органах и нарастанием нарушений жизненных процессов на уровне клетки. В силу различий в условиях функционирования разные подсистемы организма развиваются с разной скоростью и используют при этом разные стратегии. Так, клетки печени и слизистых оболочек очень часто делятся на протяжении всей жизни организма, в то время как нервные клетки и клетки мышц теряют способность делиться очень рано. Различная скорость накопления в разных органах ведет к тому, что оптимальная, т.е. обеспечивающая наименьшую энтропию, согласованность функционирования органов достигается только в определенный отрезок времени. Рассогласованность функционирования подсистем организма усиливается также постепенно нарастающими отклонениями от нормы процессов на низшем уровне системной организации - уровне клетки. Например, неделящиеся клетки нервной системы постепенно отмирают, в то время как быстро делящиеся клетки при сбоях в процессе деления могут перейти в раковую форму, а клетки стенок кровеносных сосудов кальцинируются. Увеличение рассогласованности функций отдельных органов увеличивает энтропию организма. Положение осложняется тем, что для компенсации отклонений от нормы функций отдельных подсистем организма требуются воздействия, нарушающие нормальное функционирование других его подсистем: снижение давления крови можно компенсировать возбуждающими средствами, однако они нарушают работу нервной системы и органов пищеварения. Процесс увеличения энтропии организма, или рассогласованности функционирования его органов, нарастает и достигает такой величины, что эффективное управление при данной системной организации становится невозможным. Нарушение же системной целостности означает гибель организма. 

Социальная система является продолжением многоклеточного организма. Она возникает в условиях, не позволяющих отдельному организму выжить в одиночку. Численность первобытного человеческого коллектива определялась условиями выживания. Как система первобытный коллектив аналогичен клетке. Процессы накопления ведут к его росту, а по достижении некоторого критического размера - к делению. Особенность первобытного общества состоит в том, что энтропия отдельных его членов со временем уменьшается, так как каждый отдельный человек является последним звеном в цепи потребления и именно в нем происходит накопление вещества, энергии и информации. Роль человека в первобытном обществе полностью определена, поэтому его энтропия низка. 

Цивилизация возникает тогда, когда плотность населения достигает значения, при котором выделение новых коллективов невозможно. Усложнение социальной структуры позволяет более эффективно эксплуатировать окружающую среду и создает основу для технического прогресса - разделение труда, при котором члены общества могут более интенсивно решать конкретные задачи, ибо круг их обязанностей становится уже. 

Что касается сложности, то социальная система на стадии цивилизации аналогична многоклеточному организму. Накопление вещества, энергии и информации ведет к количественному росту системы (рост численности населения). Это приводит к увеличению энтропии, уменьшению удельного входного потока и ухудшению условий управления социальными процессами. Снижение удельного потока ведет к снижению температуры и стимулирует процессы усложнения социальной системы, компенсируя рост энтропии, обусловленный ростом численности населения. Однако с некоторого момента дальнейшее усложнение системы становится невозможным. В случае многоклеточного организма этот предел определяется постоянной величиной - свойствами клетки, определяемыми ее генотипом. В случае социальной системы предел возможной сложности определяется свойствами отдельных членов общества, как зависящими от генотипа человека, так и формируемыми самим обществом. 

На стадии роста цивилизации увеличение энтропии компенсируется потоком информации из окружающей среды (которая при этом разрушается). Когда экстенсивное развитие становится далее невозможным (из-за ограниченных возможностей средств управления, или из-за противодействия конкурирующих обществ, или из-за ограниченных возможностей окружающей среды), прирост энтропии не может быть компенсирован увеличением входного потока информации. Однако подсистемы высшего уровня системной сложности, управляющие организацией и распределе нием входного потока, продолжают питаться за счет подсистем нижнего уровня. Так как процессы накопления идут в подсистемах высшего уровня более интенсивно, продолжаются их рост и структурное усложнение за пределы, определяемые эффективностью функционирования системы. Среди подсистем высокого уровня сложности возникают паразитические с точки зрения функционирования всей системы элементы (неоправданно растут государственный аппарат, сфера услуг и развлечений). Усложнение системы достигается путем прогрессирующей дифференциации трудовых функций и соответственно упрощения каждой из них. Тем самым интенсифицируется производство. Платой за это является увеличение энтропии человека. Действительно, узкий специалист с вероятностью 100% делает свое дело, в то время как вероятность выполнения его непрофессиональных функций не определена. Если условно приравнять ее к 50%, то состояния такой системы окажутся практически равновероятными, и тогда ее энтропия, согласно [2], максимальна и равна логарифму числа состояний. 

Энтропия сложной системы тем меньше суммы энтропий ее частей, чем больше взаимодействие между ними [2]. Рост специализации, социального неравенства, исключение все большего числа людей из сферы производства усиливают индивидуализм, разрушают связи внутри социальной системы. Энтропия системы (или неопределенность состояния) увеличивается как за счет роста слагаемых - энтропий отдельных людей, так и под воздействием фактора, который снижает энтропию системы с учетом взаимодействия между подсистемами (см. [2]). Интуитивно это очевидно: беспорядок в системе тем выше, чем меньше связи между ее компонентами. 

Типичные примеры развития социальной системы высшего уровня за счет подсистем нижнего уровня - прогресс промышленности и культуры в СССР за счет деревни, укрепление Римского государства за счет гражданского общества и приводимый А. Тойнби пример создания военной машины, "какую Москва - если взять наиболее яркий случай - последовательно и сознательно строила последние шесть столетий ценой свободы, плюрализма и других политических и социальных благ" [5]. Процесс увеличения энтропии отдельных членов общества отражает и описываемое Т. Моммзеном [6] падение нравов в императорскую эпоху в Риме, и отмечаемое Т. Боттомором [7] снижение классового сознания в XX веке. Г. Черников [8] этот процесс назвал автоматизацией общества. Точнее говорить о его идеализации, так как общество становится подобным идеальному газу, взаимодействие частиц которого сводится только к столкновениям. 

Раз начавшийся на нижних уровнях системы процесс роста энтропии постепенно захватывает подсистемы все более высокого уровня, так как они питаются информацией из систем нижних уровней. Новые требования к этим подсистемам при ограниченности входного потока ведут к новому росту их энтропии, и процесс начинает питать сам себя. В итоге достигается состояние, когда очередное требование усложнения не может быть удовлетворено из-за высокой энтропии элементов. Тогда снижение энтропии общества достигается путем распада на антагонистические части и снижения числа элементов, т.е. численности населения. Однако приводящие к этому процессы (гражданские войны, разрушение государства, упадок науки, культуры, производства) способствуют дальнейшему увеличению энтропии человека, подталкивая тем самым процесс разрушения системы. 

Таким образом, развитие социальной системы человечества на этапе цивилизации сопровождается кризисами, природа которых заложена в самом характере системных связей и свойствах ее элементов. В истории социальный кризис замедлялся или обращался вспять либо из-за воздействия более молодой цивилизации, как в случае Греции и Рима, либо из-за варварского завоевания, как в случае Рима и германцев (см. [9, 10]). Для современной цивилизации такого выхода нет из-за ее глобальности. Поэтому в настоящее время вместе с развитием глобального экологического кризиса человечество приближается к глобальному социальному кризису. Л. Гумилев [11] утверждает, что в этом случае процесс переходит в "мемориальную" фазу, фазу медленного вымирания общества. Есть ли у человечества возможность избежать этой участи? 

Выше отмечалось, что в колонии клетки способны только к 50-60 делениям. Вместе с тем в многоклеточном организме многие клетки сохраняют жизнеспособность после 10 тыс. делений и более. Отличие между колонией клеток и организмом состоит в том, что организм - саморегулируемая система, а в колонии регулирование процессов жизнедеятельности на уровне выше клеточного отсутствует. До сих пор цивилизации в отношении регулирования социальных процессов были ближе к колонии, чем к многоклеточному организму. Действительно, согласно [11, 12], время жизни цивилизации порядка 1 тыс. лет. Если делением считать смену поколений, то интервал между делениями примерно равен 20 годам, а за время жизни цивилизации происходит около 50 делений, как и в колонии клеток. Аналогия с многоклеточным организмом подсказывает, что продлить существование социальной системы можно, перейдя к управляемому развитию. Необходимость такого перехода назрела, так как наша цивилизация явно обнаруживает признаки приближающегося упадка. Возможность увеличить входной поток отсутствует из-за экологических ограничений. Например, с 1985 года мировой валовой сбор зерна не растет [13]. Это привело к уменьшению количества зерна, приходящегося на одного человека, с 345 кг в 1985 году до 290 кг в 1996 году. Падение произошло из-за увеличения численности населения. Дальнейшее же повышение урожайности невозможно: экстенсивно осваивать уже нечего, а интенсификация сельскохозяйственного производства ведет к массовой деградации почв. Кроме того, каждый шаг в наращивании производства продукции обходится все дороже: только за XX век энергетические затраты на единицу продукции в развитых странах возросли в 10-12 раз [14]. Можно, конечно, надеяться на будущие научные открытия, но это аналогично надеждам на выигрыш в лотерею, да еще с учетом кризиса фундаментальных научных исследований [см. 14]. 

Энтропия человека растет, что проявляется в разрушении общественных связей: семейных, профессиональных, классовых [7], партийных (деградация политических партий США описана в [15]), национальных [16]. Развиваются паразитические, с точки зрения производственного процесса, подсистемы, особенно в бюрократическом аппарате [17], в сфере обслуживания и развлечений, усиливаются и мафиозные структуры. 

Проблемы перехода к управляемому развитию обсуждаются в связи с разработками Римского клуба с начала 70-х годов (см., например [18]). При этом возникают вопросы о целях управления, о соотношении управления и фундаментальных принципов гуманизма, равенства и свободы; о принципиальной возможности такого управления, при котором энтропия подсистем нижнего уровня хотя бы не снижалась; о социальных силах, готовых провести переход к управляемому развитию, а затем длительное время осуществлять его. Пока невозможно привести пример долговременно стабильной социальной системы. Следовательно, вопрос о возможности и путях перехода к управляемому устойчивому развитию остается открытым. Из общих принципов. изложенных выше, можно сделать только один вывод: управление развитием должно состоять в контроле процессов распределения входного потока и процессов накопления. Теоретически система с равными в любой момент времени входным и выходным потоками может функционировать бесконечно долго, ибо ее энтропия не меняется. Открытым остается и вопрос о возможности самостоятельного возрождения цивилизации в случае ее гибели. В биологических сообществах наблюдаются процессы циклического изменения численности их членов. Но цивилизация - гораздо более сложная система, чем сообщество. 

Выводы. Предлагаемый подход к проблеме устойчивости развития цивилизации позволяет представить закономерности их развития как проявление действия фундаментальных систем - законов термодинамики. Действие это проявляется в диалектическом единстве, что отражает свойство системности данной совокупности объектов. В частности, разрушение социальной системы происходит из-за увеличения энтропии подсистем нижнего системного уровня, обусловленного прогрессирующим разделением труда и влиянием неуправляемого роста подсистем высшего системного уровня при прекращении экстенсивного развития всей системы. 

Проведенный анализ обнаруживает принципиальную невозможность автоматической стабилизации развития открытых неуправляемых систем. Нынешний этап человеческой истории характеризуется наложением двух кризисов: системного кризиса цивилизации и экологического кризиса. Поэтому современная мировая цивилизация должна в ближайшее историческое время либо вступить в стадию деградации, которая скорее всего приведет к исчезновению человека как вида, либо перейти к управляемому устойчивому развитию. Однако возможность такого перехода остается открытой. 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 

1. Гиббон Э. Закат и падение Римской империи. Т. 4. М., 1997. 

2. Вентцель Е.С. Теория вероятности. М., 1964. 

3. Шредингер Э. Что такое жизнь? (С точки зрения физика). М., 1972. 

4. Альбертс Б., Брей Д. и др. Молекулярная биология клетки. М., 1994. 

5. Тойнби А.Дж. Цивилизация перед судом истории. СПб., 1995. С. 90. 

6. Моммзен Т. История Рима. Т. 3. СПб., 1995.