біофізична модель сталого розвитку цивілізацій

В останній час Землі не з ангелів, не з чорта. А з бідних смертних - з нас вимагатимуть звіту ... Але їм адже все дано ... а ми - що ми могли? Про суддя, що пробач, але тут негаразд щось.

Махмуд Пахлаван

Близько 5 тис. років тому виникла форма соціального гуртожитку, що називається цивілізацією. Цивілізація являє собою класове суспільство з економікою, заснованої на товарному виробництві і торгівлі, політичною системою у вигляді держави, грошовим обігом і містами як центрами влади, військової та фінансової сили, культури, науки, мистецтва, злочинності і паразитизму.

Цивілізації були ступенями суспільного та технічного прогресу, тому що технічні досягнення кожної з них поширювалися за її межі і зберігалися там після її загибелі. Невеликі цивілізації Єгипту, Індії, Дворіччя, держави Шан змінилися гігантами: Римською імперією, державою Мін, імперією Моголів, Західноєвропейської цивілізацією. З часу великих географічних відкриттів почалося формування єдиної світової цивілізації, різко прискорилося під час промислової революції. На порядку денному - створення Світового держави, бо світ вже єдиний в економічному і в інформаційному відношенні, а засоби керування дозволяють контролювати події в будь-якій точці Землі з одного центру.

Розглядаючи причини занепаду і руйнування Римської імперії, Е. Гібон [1] поставив питання про долю сучасної цивілізації. Нинішній соціальний і екологічний кризи роблять вирішення цього питання актуальною науковою проблемою, що має фундаментальне значення для подальшого існування людства.

Фактори, що визначають причини виникнення, розквіту і загибелі цивілізацій, слід шукати в особливостях їх системної організації, так як не природні, а стихійно діючі соціальні процеси привели до загибелі Древній Єгипет, Римську імперію, держава Хань і інші стародавні суспільства. Їх загибель була не просто переходом суспільства з одного стану в інше: вона мала характер катастрофи. Падав культурний рівень, іноді аж до втрати писемності, руйнувалася наука, падав рівень техніки і технології, знижувався рівень життя. Супутні цього громадянські війни, вторгнення іноземних завойовників, руйнування економіки вели до масової загибелі населення. Ті ж стихійні сили діють в сучасному суспільстві, породивши, зокрема, екологічна криза. Цивілізація-соціальна система, тому особливості її розвитку можна зрозуміти, використовуючи загальні закони теорії систем. Такі закони термодинаміки, в принципі які не залежать від природи утворюють систему об'єктів, а саме: закон збереження енергії замкнутої системи (I початок термодинаміки), закон зростання ентропії (невпорядкованості) замкнутої системи (II початок термодинаміки), закон прагнення до нуля ентропії (прагнення до повної впорядкованості) системи при прагненні до нуля її температури (III початок термодинаміки).

Під ентропією нижче розуміється інформаційна ентропія Н = - S pi log2 pi де pi-ймовірності різних станів системи [2]. У біологічних та соціальних системах pi - ймовірність станів, що виникають в результаті виконання системою її функцій. Соціальна система - відкрита система, через яку проходить потік речовини, енергії та інформації. У відкритих системах закони термодинаміки виявляються в діалектичній єдності: розсіювання енергії такою системою у вигляді випромінювання призводить до зростання ентропії всієї системи, в той час як зниження внутрішньої енергії системи, обумовлений втратою енергії при випромінюванні, веде до зменшенню ентропії підсистеми речовини. Це справедливо для таких об'єктів, як збуджений атом, зоряна система, конденсується пара або замерзаюча рідина. Найбільш близький аналог соціальних систем - біологічні системи. Для останніх справедлива теорема Е. Шредінгера [3] про харчування системи упорядкованістю з навколишнього середовища. Сумарна ентропія системи "біологічний об'єкт - навколишнє середовище" зростає, тобто безлад, створюваний живим, перевищує досягаємо при життєдіяльності впорядкованість.

Основним проявом життя біологічної системи - процес поділу клітини, що відбувається в той момент, коли маса клітини подвоюється [4]. Фактор, що викликає процес розподілу, поки невідомий, але поділ може бути наслідком лише однієї з двох причин. Перша - погіршення умов харчування зі зростанням клітини. Дійсно, вхідний потік речовини, енергії та інформації пропорційний площі поверхні клітини, а число його споживачів пропорційно її об'єму. Ставлення ж "обсяг - поверхня" пропорційно лінійним розміром клітини. Отже, величина питомої потоку, чи потоку, що припадає на одиничного споживача, зменшується зі зростанням клітини, і процеси життєдіяльності повинні сповільнюватися. При цьому швидкість процесів метаболізму залишається постійною, оскільки вони не залежать від розмірів. Максимальний розмір клітини визначається умовою перевищення швидкості процесів життєдіяльності над швидкістю процесів руйнування. Друга причина, що обмежує розмір клітини, - погіршення умов управління внутрішніми процесами. З ростом клітини збільшується час проходження сигналів. Крім того, зростання клітини означає побудову копій кожного її елемента. Виникають два центру управління, і ефективне керівництво унеможливлюється. Поділ клітини призводить до зниження її ентропії, тобто збільшення впорядкованості. Зайва ентропія скидається в навколишнє середовище.

При розподілі у спеціально підібраних середовищах клітини утворюють колонії (культури). Клітини, що живуть в колонії, після 50-60 поділів неминуче гинуть [З]. Тому тривале існування даного виду можливе або шляхом розпаду на окремі клітини, якщо вони здатні вижити поодинці, або шляхом освіти системи - багатоклітинного організму. Багатоклітинні організм - це спосіб існування виду, клітини якого не в змозі вижити поодинці. Організм зростає за рахунок процесів накопичення речовини, енергії та інформації в клітинах, що зумовлює їх поділ. Збільшення числа клітин призводить до зменшення питомої потоку завдяки відношенню "обсяг - поверхня" і до збільшення ентропії системи через збільшення числа елементів. Зменшення питомої потоку при постійній швидкості процесів метаболізму веде до зниження середньої внутрішньої енергії, яка припадає на окрему клітку, або температури, що, у свою чергу, веде до збільшення впорядкованості системи шляхом збільшення її структурної складності, що компенсує зростання ентропії, обумовлений зростанням числа елементів. Зростання організму припиняється тоді, коли стає неможливим подальше ускладнення системи, утвореної з клітин даного типу, який визначається генотипом.

Руйнування організму зумовлена двома причинами: різною швидкістю процесів накопичення речовини, енергії, інформації в різних його органах і наростанням порушень життєвих процесів на рівні клітини. У силу відмінностей в умовах функціонування різні підсистеми організму розвиваються з різною швидкістю і використовують при цьому різні стратегії. Так, клітини печінки і слизових оболонок дуже часто діляться на протязі всього життя організму, в той час як нервові клітини і клітини м'язів втрачають здатність ділитися дуже рано. Різна швидкість накопичення в різних органах веде до того, що оптимальна, тобто забезпечує найменшу ентропію, узгодженість функціонування органів досягається тільки в певний відрізок часу. Розузгодженість функціонування підсистем організму посилюється також поступово наростаючими відхиленнями від норми процесів на нижчому рівні системної організації - рівні клітини. Наприклад, неделящіеся клітини нервової системи поступово відмирають, в той час як швидко діляться клітини при збої в процесі поділу можуть перейти в ракову форму, а клітини стінок кровоносних судин кальцініруются. Збільшення розузгодженість функцій окремих органів збільшує ентропію організму. Положення ускладнюється тим, що для компенсації відхилень від норми функцій окремих підсистем організму потрібні дії, що порушують нормальне функціонування інших його підсистем: зниження тиску крові можна компенсувати збудливими засобами, однак вони порушують роботу нервової системи та органів травлення. Процес збільшення ентропії організму, або розузгодженість функціонування його органів, зростає і досягає такої величини, що ефективне управління при даній системної організації стає неможливим. Порушення ж системної цілісності означає загибель організму.

Соціальна система є продовженням багатоклітинного організму. Вона виникає в умовах, що не дозволяють окремого організму вижити поодинці. Чисельність первісного людського колективу визначалася умовами виживання. Як система первісний колектив аналогічний клітці. Процеси накопичення ведуть до його зростання, а після досягнення деякого критичного розміру - до поділу. Особливість первісного суспільства полягає в тому, що ентропія окремих його членів з часом зменшується, тому що кожна окрема людина є останньою ланкою в ланцюзі споживання і саме в ньому відбувається накопичення речовини, енергії та інформації. Роль людини в первісному суспільстві цілком визначена, тому його ентропія низька.

Цивілізація виникає тоді, коли щільність населення досягає значення, при якому виділення нових колективів неможливо. Ускладнення соціальної структури дозволяє більш ефективно експлуатувати навколишнє середовище і створює основу для технічного прогресу - розподіл праці, при якому члени суспільства можуть більш інтенсивно вирішувати конкретні завдання, бо коло їхніх обов'язків стає вже.

Щодо складності, то соціальна система на стадії цивілізації аналогічна багатоклітинні організми. Накопичення речовини, енергії та інформації веде до кількісного зростання системи (зростання чисельності населення). Це призводить до збільшення ентропії, зменшення питомої вхідного потоку та погіршення умов соціального управління. Зниження питомої потоку веде до зниження температури і стимулює процеси ускладнення соціальної системи, компенсуючи зростання ентропії, обумовлений зростанням чисельності населення. Проте з деякого моменту подальше ускладнення системи стає неможливим. У разі багатоклітинного організму ця межа визначається постійною величиною - властивостями клітини, які визначаються її генотипом. У разі соціальної системи межа можливої складності визначається властивостями окремих членів суспільства, як залежать від генотипу людини, так і формованими самим суспільством.

На стадії росту цивілізації збільшення ентропії компенсується потоком інформації з навколишнього середовища (яка при цьому руйнується). Коли екстенсивний розвиток стає неможливим далі (з-за обмежених можливостей засобів управління, або через протидію конкуруючих товариств, або з-за обмежених можливостей навколишнього середовища), приріст ентропії не може бути компенсований збільшенням вхідного потоку інформації. Однак підсистеми вищого рівня системної складності, що керують організацією і розподілений ням вхідного потоку, продовжують харчуватися за рахунок підсистем нижнього рівня. Тому що процеси накопичення йдуть в підсистемах вищого рівня більш інтенсивно, тривають їхній ріст і структурний ускладнення за межі, визначаються ефективністю функціонування системи. Серед підсистем високого рівня складності виникають паразитичні з точки зору функціонування всієї системи елементи (невиправдано ростуть державний апарат, сфера послуг і розваг). Ускладнення системи досягається шляхом прогресуючої диференціації трудових функцій і відповідно спрощення кожної з них. Тим самим інтенсифікується виробництво. Платою за це є збільшення ентропії людини. Дійсно, вузький фахівець з імовірністю 100% робить свою справу, в той час як ймовірність виконання його непрофесійних функцій не визначена. Якщо умовно прирівняти її до 50%, то стану такої системи виявляться практично рівноймовірно, і тоді її ентропія, згідно [2], максимальна і дорівнює логарифму числа станів.

Ентропія складної системи тим менше суми ентропій її частин, чим більше взаємодія між ними [2]. Зростання спеціалізації, соціальної нерівності, виключення дедалі більшої кількості людей зі сфери виробництва підсилюють індивідуалізм, руйнують зв'язку всередині соціальної системи. Ентропія системи (або невизначеність стану) збільшується як за рахунок зростання складових - ентропій окремих людей, так і під впливом фактора, який знижує ентропію системи з урахуванням взаємодії між підсистемами (див. [2]). Інтуїтивно це очевидно: безлад в системі тим вище, чим менше зв'язку між її компонентами.

Типові приклади розвитку соціальної системи вищого рівня за рахунок підсистем нижнього рівня - прогрес промисловості і культури в СРСР за рахунок села, зміцнення Римської держави за рахунок громадянського суспільства і що приводиться А. Тойнбі приклад створення військової машини, "яку Москва - якщо взяти найбільш яскравий випадок - послідовно і свідомо будувала останні шість століть ціною свободи, плюралізму та інших політичних і соціальних благ "[5]. Процес збільшення ентропії окремих членів суспільства відображає і описується Т. Моммзеном [6] падіння моралі в імператорську епоху в Римі, і що відзначається Т. Боттомором [7] зниження класової свідомості в XX столітті. Г. Черніков [8] цей процес назвав автоматизацією суспільства. Точніше говорити про його ідеалізації, тому що суспільство стає подібним ідеального газу, взаємодія частинок якого зводиться тільки до сутичок.

Раз почався на нижніх рівнях системи процес зростання ентропії поступово захоплює підсистеми все більш високого рівня, так як вони харчуються інформацією з систем нижніх рівнів. Нові вимоги до цих підсистем при обмеженості вхідного потоку ведуть до нового зростання їх ентропії, і процес починає живити сам себе. У результаті досягається стан, коли чергову вимогу ускладнення не може бути задоволена через високу ентропії елементів. Тоді зниження ентропії суспільства досягається шляхом розпаду на антагоністичні частини і зниження числа елементів, тобто чисельності населення. Однак що приводять до цього процеси (громадянські війни, руйнування держави, занепад науки, культури, виробництва) сприяють подальшому збільшенню ентропії людини, підштовхуючи тим самим процес руйнування системи.

Таким чином, розвиток соціальної системи людства на етапі цивілізації супроводжується кризами, природа яких закладена в самому характері системних зв'язків і властивості її елементів. В історії соціальна криза сповільнювався або звертався назад або через вплив більш молодий цивілізації, як у випадку Греції та Риму, або із-за варварського завоювання, як у випадку Риму та германців (див. [9, 10]). Для сучасної цивілізації такого виходу немає через її глобальності. Тому в даний час разом з розвитком глобальної екологічної кризи людство наближається до глобального соціального кризі. Л. Гумільов [11] стверджує, що в цьому випадку процес переходить в "меморіальну" фазу, фазу повільного вимирання суспільства. Чи є у людства можливість уникнути цієї долі?

Вище зазначалося, що в колонії клітини здатні тільки до 50-60 поділу. Разом з тим у багатоклітинній організмі багато клітини зберігають життєздатність після 10 тис. поділок і більше. Відмінність між колонією клітин і організмом полягає в тому, що організм - саморегулююча система, а в колонії регулювання процесів життєдіяльності на рівні вище клітинного відсутній. До цих пір цивілізації щодо регулювання соціальних процесів були ближче до колонії, ніж до багатоклітинні організми. Дійсно, згідно [11, 12], час життя цивілізації близько 1 тис. років. Якщо поділом вважати зміну поколінь, то інтервал між поділками приблизно дорівнює 20 рокам, а за час життя цивілізації відбувається близько 50 поділок, як і в колонії клітин. Аналогія з багатоклітинних організмом підказує, що продовжити існування соціальної системи можна, перейшовши до керованого розвитку. Необхідність такогопереходу назріла, тому що наша цивілізація явно виявляє ознаки наближається занепаду. Можливість збільшити вхідний потік відсутня через екологічних обмежень. Наприклад, з 1985 року світовий валовий збір зерна не росте [13]. Це призвело до зменшення кількості зерна, що припадає на одного людини, з 345 кг в 1985 році до 290 кг в 1996 році. Падіння відбулося через збільшення чисельності населення. Подальше ж підвищення врожайності неможливо: екстенсивно освоювати вже нічого, а інтенсифікація сільськогосподарського виробництва веде до масової деградації грунтів. Крім того, кожен крок у нарощуванні виробництва продукції обходиться все дорожче: тільки за XX століття енергетичні витрати на одиницю продукції в розвинених країнах зросли в 10-12 разів [14]. Можна, звичайно, сподіватися на майбутні наукові відкриття, але це аналогічно надіям на виграш в лотерею, та ще й з урахуванням кризи фундаментальних наукових досліджень [см. 14].

Ентропія людини зростає, що виявляється в руйнуванні громадських зв'язків: сімейних, професійних, класових [7], партійних (деградація політичних партій США описана в [15]), національних [16]. Розвиваються паразитичні, з точки зору виробничого процесу, підсистеми, особливо в бюрократичному апараті [17], у сфері обслуговування і розваг, посилюються і мафіозні структури.

Проблеми переходу до керованого розвитку обговорюються в зв'язку з розробками Римського клубу з початку 70-х років (див., наприклад [18]). При цьому виникають питання про цілі управління, про співвідношення управління і фундаментальних принципів гуманізму, рівності і свободи; про принципову можливість такого управління, при якому ентропія підсистем нижнього рівня хоча б не знижувалася; про соціальні силах, готових провести перехід до керованого розвитку, а потім тривалий час здійснювати його. Поки що неможливо навести приклад довготривало стабільної соціальної системи. Отже, питання про можливості та шляхи переходу до керованого сталого розвитку залишається відкритим. Із загальних принципів. викладених вище, можна зробити тільки один висновок: управління розвитком повинно полягати в контролі процесів розподілу вхідного потоку і процесів накопичення. Теоретично система з рівними у будь-який момент часу вхідних і вихідних потоками може функціонувати нескінченно довго, бо її ентропія не змінюється. Відкритим залишається і питання про можливість самостійного відродження цивілізації в разі її загибелі. У біологічних спільнотах спостерігаються процеси циклічної зміни чисельності їх членів. Але цивілізація - набагато більш складна система, ніж співтовариство.

Висновки. Запропонований підхід до проблеми стійкості розвитку цивілізації дозволяє представити закономірності їх розвитку як прояв дії фундаментальних систем - законів термодинаміки. Дія це виявляється в діалектичній єдності, що відображає властивість системності даної сукупності об'єктів. Зокрема, руйнування соціальної системи відбувається через збільшення ентропії підсистем нижнього системного рівня, обумовленого прогресуючим поділом праці та впливом некерованого зростання підсистем вищого системного рівня при припиненні екстенсивного розвитку всієї системи.

Проведений аналіз виявляє принципову неможливість автоматичної стабілізації розвитку відкритих некерованих систем. Нинішній етап людської історії характеризується накладанням двох криз: системної кризи цивілізації і екологічної кризи. Тому сучасна світова цивілізація повинна найближчим історичний час або вступити в стадію деградації, яка швидше за все призведе до зникнення людини як виду, або перейти до керованого сталого розвитку. Однак можливість такого переходу залишається відкритою.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Гібон Е. Захід і падіння Римської імперії. Т. 4. М., 1997.

2. Вентцель Е.С. Теорія ймовірності. М., 1964.

3. Шредінгер Е. Що таке життя? (З точки зору фізика). М., 1972.

4. Альбертс Б., Брей Д. та ін Молекулярна біологія клітини. М., 1994.

5. Тойнбі А.Дж. Цивілізація перед судом історії. СПб., 1995. С. 90.

6. Моммзен Т. Історія Риму. Т. 3. СПб., 1995.