Вселенная, жизнь, разум - Иосиф Шкловский

B масштабе рис. 107 экспонента выглядела бы как прямая линия, чего заведомо нет. Лучше всего кривая роста народонаселения Земли может быть представлена гиперболическим законом:

Доказательством этого утверждения, является линейная зависимость обратной N величины от времени (рис. 108).

Точки на этой кривой (вернее, прямой) пропорциональны значениям t0 — t, полученным для разных дат (величины 1 / N можно получить из кривой на рис. 107). Из рис. 108 с большой точностью получается величина t0 = 2030 ± 5 лет. Если бы рост населения следовал гиперболическому закону и дальше, то около 2030 г. население земного шара стало бы бесконечно большим. Этот вывод, очевидно, абсурден, что следует хотя бы из того, что в 2000 г. население Земли будет «всего лишь» 6,2 млрд. и, в силу ограниченности биологических возможностей человека, через 30 лет после этого оно никак не может стать бесконечно большим…

Какой же отсюда следует вывод? Только один: в течение ближайших нескольких десятилетий сам закон роста народонаселения должен претерпеть радикальные изменения.

Естественным законом увеличения народонаселения является экспоненциальный закон. Последний получается из простого условия, что ежегодный прирост народонаселения пропорционален величине народонаселения. Математически это запишется так:

Нынешний гиперболический закон увеличения народонаселения всего земного шара (который действует по крайней мере несколько сот лет) обусловлен не столько биологическими, сколько социальными факторами. Согласно этому закону, ежегодный прирост народонаселения определяется уравнением

Преодолев социальные кризисы, человечество может обеспечить «нормальный» экспоненциальный рост народонаселения, разумным образом подобрав величину α. При таком законе катастрофическое перенаселение (следующее из гиперболического закона) человечеству угрожать никогда не будет. На рис. 107 пунктирная линия изображает характер увеличения народонаселения Земли в будущем.

Возникает основной вопрос: опережает ли развитие производительных сил человечества рост народонаселения или отстает от него? Хорошим индексом производительных сил человечества является производство энергии всех видов. Соответствующие данные, охватывающие период от конца XVIII в. до наших дней, содержатся, например, в книге Роуза «Физика плазмы и управляемые термоядерные реакции». Оказывается, что рост производства энергии за это время очень хорошо следовал экспоненциальному закону, который представлен на том же рис. 107. В масштабе этого рисунка годичное производство энергии на душу населения земного шара определяется разностью кривых роста производства энергии и роста народонаселения. Мы видим, что эта разность, вплоть до настоящего времени росла. Заметим, однако, что в будущем, и притом довольно близком, ситуация может радикально измениться к худшему (см. ниже). Следует подчеркнуть, что увеличение населения всего земного шара в течение последнего периода определялось в основном развивающимися странами.

Коль скоро человечество преодолеет нынешний кризис, вызванный наличием на нашей планете двух антагонистических систем — социализма и капитализма, единственным фактором, лимитирующим неуклонный экспоненциальный рост производительных сил общества, будет ограниченность материальных ресурсов, которая обусловлена конечными (хотя и относительно большими) размерами нашей планеты, а также катастрофическое загрязнение окружающей среды. То, что эти факторы могут стать существенными довольно скоро, мы покажем на следующем простом примере.

В наши дни человечество ежегодно производит энергию, соответствующую производству ~ 5 млрд. тонн антрацита. Ежесекундное производство составляет около 6 1019 эрг, причем каждые 20 лет эта величина удваивается (см. соответствующую кривую на рис. 107). Эта тенденция довольно устойчива и держится уже около 200 лет. При таких темпах через 200 лет производство энергии вырастет в тысячу раз и достигнет 3 • 1022 эрг/с. Вполне вероятно, что это наступит даже раньше, так как ресурсы угля и нефти сравнительно невелики и в ближайшие десятилетия следует ожидать революции в энергетике, связанной с массовым производством ядерной энергии. 3 • 1022 эрг/с составляют уже около 1 % потока солнечной энергии, непрерывно падающей на Землю. Дальнейшее увеличение производства энергии с неизбежностью повлечет за собой изменение теплового режима Земли, что может привести к весьма неприятным последствиям. Разумеется, до этого начнется широкое использование солнечной энергии, но здесь есть предел: вероятнее всего, можно будет использовать не более l % от всего потока энергии излучения Солнца.

Не подлежит сомнению, что неограниченно растущий технологический потенциал развивающегося общества за сравнительно короткое время должен вступить в противоречие с ограниченностью естественных ресурсов Земли. Уже в наше время все большее и большее внимание уделяется угрожающему нарушению равновесия между человечеством и окружающей его экологической средой — биосферой. Проблема загрязнения атмосферы, мирового океана и внутренних водоемов, почвы и растений становится весьма острой. Бесконтрольное стихийное развитие производительных сил может привести человечество к катастрофе (см. ниже).

Если представить себе некий воображаемый космический корабль, экипаж которого улетел в далекий звездный рейс, рассчитанный на многие годы, то каждый поймет, что члены этого экипажа должны с величайшей бережливостью и благоразумием относиться к своим крайне ограниченным ресурсам кислорода, питания, топлива и пр. Сознание мыслящих людей должно все больше и больше проникаться мыслью, что наша Земля — очень большой космический корабль, который почти пять миллиардов лет путешествует в глубинах крайне «негостеприимной» для жизни Вселенной. Этот «космический корабль» весьма удобно вышел на стационарную, почти круговую орбиту вокруг устойчиво излучающего желтого карлика и использует его энергию… Но как бы ни были велики ресурсы этого огромного космического корабля — они все же ограничены. И его экипаж (т. е. мы, земляне) должны об этом постоянно помнить.

А между тем, по-видимому, уже сейчас бесконтрольное развитие производительных сил привело к ряду необратимых и весьма неприятных последствий. Мы не будем говорить здесь о вымирании огромного количества видов животных, многие из которых являются важными звеньями в экологической цепи, выкованной Природой за миллиарды лет естественного отбора. Обратим только внимание на одно немаловажное обстоятельство. Мы уже упомянули, что основным «поставщиком» свободного кислорода в атмосферу Земли является планктон. По крайней мере несколько десятков процентов кислорода поставляется в атмосферу нашей планеты благодаря жизнедеятельности растений в тропических лесах. Сейчас, в конце XX столетия, в связи с хищнической вырубкой практически сведены тропические леса Африки и Южной Азии. Они остались только в бассейне Амазонки и, похоже, через несколько десятилетий будут и там уничтожены. Значит, бездумная деятельность экипажа космического корабля, называемого «Земля», уже теперь привела к нарушению кислородного баланса атмосферы.

Приведем другой пример. Как уже упоминалось выше, сейчас ежегодно добывается топливо, соответствующее примерно 5 млрд. тонн каменного угля. Это топливо сжигается, т. е. соединяется с атмосферным кислородом. В результате получается углекислый газ плюс энергия, которая и утилизируется. Следовательно, этот варварский способ получения энергии сопровождается изъятием из земной атмосферы около 20 миллиардов тонн кислорода ежедневно. Много ли это или мало? Чтобы ответить на этот вопрос, оценим полное количество кислорода в земной атмосфере. Это очень легко сделать. Над каждым квадратным сантиметром земной поверхности имеется около 200 г кислорода. Так как поверхность земного шара приблизительно равна 500 миллионов км2 или 5 1018 см2, полное количество кислорода в земной атмосфере около 1021 г или 1015 т. Это означает, что для «поддержания» горения добываемого на Земле топлива земной атмосферы хватит на 50 000 лет. Подчеркнем, что на Земле действуют и другие естественные причины, приводящие к связыванию свободного кислорода ее атмосферы. Как оказывается, сжигание топлива сейчас составляет несколько процентов от действия естественных факторов, приводящих к связыванию кислорода земной атмосферы. В итоге существенная часть кислорода свяжется через несколько тысяч лет. Только жизнедеятельность растений непрерывно пополняет эту убыль кислорода из атмосферы. И вот неразумное вмешательство людей в этот миллионами лет устоявшийся кислородный баланс Земли привело к тому, что он нарушается как бы «с двух концов»: уничтожая леса, мы уменьшили «поставку» кислорода в атмосферу по крайней мере на 10 %, а сжигая его с топливом, увеличили скорость его ухода из атмосферы на несколько процентов. Если бы в атмосфере кислорода было сравнительно немного — последствия сказались бы очень скоро. Но так как кислорода в земной атмосфере запасено очень много — последствия скажутся только через несколько тысяч лет — характерное время установления динамического равновесия кислорода в атмосфере. Через этот промежуток времени, благодаря деятельности людей за последние несколько десятилетий, равновесное количество кислорода в земной атмосфере уменьшится примерно на 15–20 %.