Пределы роста. 30 лет спустя

Назначение и структура модели WorldЗ

Хотя всем хочется точно знать, что ждет нас в будущем, тем не менее, когда кто-нибудь предлагает модель для изучения этого будущего, это часто вызывает непонимание и чувство разочарования. Мы столкнулись с этим сразу же после опубликования первого издания этой книги более 30 лет назад. Эту проблему хорошо иллюстрирует отрывок из фантастического романа — фрагмент беседы Шелдона, разработчика модели, с императором.

«Мне стало известно, что вы считаете возможным предсказание будущего». Шелдон ощутил усталость: похоже, его теорию все время истолковывают неверно. Наверное, не стоило ее публиковать.

Он ответил: «Не совсем так. То, что мне удалось сделать, имеет множество ограничений. Сделанное… может показать… что, можно выбрать стартовую точку и выдвинуть соответствующие допущения, чтобы исключить хаос. Это может позволить предсказывать будущее, хотя, конечно, только в общих чертах, без подробностей…»

Император, слушавший очень внимательно, сказал: «Но разве это не значит, что вы показали, как предсказывать будущее?»[135].

Далее в этой книге мы будем часто использовать модель World3 для построения сценариев, которые позволят «в общих чертах» оценить будущее. Чтобы недопониманию наших целей не осталось места, сначала дадим несколько определений и сделаем важные замечания о моделях.

Модель — это упрощенное представление реальности. Если она полностью, до мельчайших подробностей отображает реальность, то в ней нет смысла и она бесполезна. Например, карта дорог будет бесполезна для водителей, если в ней будет представлено подробное описание всех деталей ландшафта. Ее задача — сосредоточиться на дорогах и не принимать во внимание, например, год постройки зданий или виды растений, встречающихся по пути. Небольшая физическая модель самолета может использоваться для анализа воздушных потоков в аэродинамической трубе, но она не даст никакой информации о комфорте пассажиров в салоне в ходе полета. Пейзажи в галереях — это графические модели, отображающие настроение или физические особенности ландшафта, но они не отвечают на вопросы о стоимости или теплоизоляции изображенных зданий. Чтобы узнать эти параметры, необходим другой тип модели — архитектурные и строительные чертежи, поэтажные планы зданий. Поскольку модели — практически всегда упрощения реальности, они не могут быть идеальными ее копиями; ни одна модель не может быть абсолютно истинной.

Модель всегда создается с какой-то конкретной целью, и она должна быть полезна именно для этой цели — например, чтобы ответить на ряд конкретных вопросов. При использовании модели надо всегда помнить о ее ограничениях и о том, что на все вопросы она ответы дать не может. Мы создавали модель World3 таким образом, чтобы она дала ответы на четко сформулированные вопросы о долговременном физическом росте на планете. И это, к сожалению некоторых, означает, что на многие из тех вопросов, что интересуют их лично, модель World3 ответить не в состоянии.

Модели могут принимать самые разные формы: существуют так называемые мысленные модели, речевые, графические, математические и физические модели. Например, многие слова, использованные в этой книге, — речевые модели. Рост, население, лес и вода — всего лишь символы, речевые представления довольно сложных понятий. Любой график, диаграмма, схема, карта или фотография — графическая модель. Они отображают на листе бумаги наличие и расположение объектов. Модель World3 — математическая модель. Она состоит из набора математических уравнений, описывающих связи между факторами. Чтобы понять явления роста и пределов, мы не использовали физические модели, хотя для других целей, наверное, они были бы полезны, например, для создания биоценозов или проектирования промышленной продукции.

Мысленные модели — абстракции, которые можно построить в уме. Они неформальны, ими нельзя напрямую поделиться с другими. Формальные модели существуют в виде, к которому можно получить непосредственный доступ; другие люди могут увидеть эту модель, а иногда и изменить. Использование обоих типов моделей должно взаимно дополнять друг друга. Такие модели позволяют узнать больше о нашей реальности и о наших мысленных моделях, и это делает наши мысленные модели богаче. А когда мы учимся новому, мы можем создавать все более сложные формальные модели, и так до бесконечности. Авторы проходили по этому кругу снова и снова тридцать с лишним лет, и одним из результатов стала эта книга.

Чтобы написать ее, мы использовали слова, данные, графики и компьютерные сценарии. Эта книга — модель того, что мы знаем, и создание ее только увеличило объем наших знаний. Этот текст — как лучшая попытка перенести на бумагу наши мысли, наше представление о физическом росте на планете в ближайшее столетие. И все же следует помнить: эта книга — модель, а значит, всего лишь упрощенное представление «реального мира».

Естественно, это породило определенные сложности. Мы будем говорить о формальной модели, имитационном компьютерном моделировании мировой системы. Чтобы эта модель могла принести пользу, мы будем сравнивать ее с «реальным миром». Вопрос только в том, что понимать под этим «реальным миром» — на этот счет одинаковых мнений нет ни среди нас, авторов, ни среди наших читателей. Все мы оперируем собственными мысленными моделями, нашими представлениями о реальном мире, которые создаются как на основе объективной информации, получаемой о мире, так и на основе субъективных ощущений и опыта. Именно это позволило виду Homo sapiens стать столь успешным. И именно это создавало массу проблем на протяжении существования человечества. Но какими бы ни были наши сильные и слабые стороны, наши мысленные модели выглядят чрезвычайно примитивными в сравнении с огромной, сложной, постоянно изменяющейся Вселенной, которую они призваны для нас описать.

Чтобы лишний раз напомнить и нам самим, и нашим читателям, о нашей зависимости от моделей, мы всегда берем в кавычки тот «реальный мир», с которым сравнивается модель World3. То, что мы называем «реальным миром» или «реальностью », на самом деле просто общие мысленные модели авторов этой книги. Слово «реальность» никогда не может означать ничего, кроме мысленной модели того, кто это слово произнес. Иначе и быть не может. Мы можем только утверждать, что изучение компьютерной модели позволило нашим мысленным моделям стать более точными, более глубокими, более доскональными, чем когда-либо. В этом состоит преимущество компьютерных моделей: они способствуют строгости, логичности и точности изложения, что трудно достижимо с помощью мысленных моделей. Кроме того, компьютерные модели дают чрезвычайно богатую основу для усовершенствования мысленных моделей.

Модель World3 сложная, но ее основную структуру понять нетрудно. Она отслеживает переменные уровни (такие как численность населения, промышленный капитал, концентрация загрязнений в окружающей среде, площадь возделываемых земель). В модели эти уровневые переменные зависят от потоков, способствующих их увеличению или уменьшению — поток рождаемости и смертности в случае численности населения; инвестиции и амортизация в случае любого капитала; образование и разрушение выбросов в случае загрязнения окружающей среды; эрозия и восстановление пахотных земель, а также изъятие земель под застройку и промышленные нужды — в случае возделываемых площадей. На данный момент в мире обрабатывается только часть пахотных земель. Умножение площади обрабатываемых земель на их среднюю урожайность позволяет рассчитать производство продовольствия. Последнее, будучи разделено на численность населения, дает производство продуктов питания на душу населения. Если оно опускается ниже определенной (критической) величины, начинает расти смертность.

Элементы и связи в модели World3 являются очевидными при последовательном рассмотрении. Например, модель World3 учитывает некоторую инерцию при росте численности населения и инерцию при накоплении загрязнений в окружающей среде, длительный срок службы производственных мощностей; конкуренцию при распределении капитала по различным секторам экономики. Она принимает во внимание, сколько времени займет то или иное изменение, запаздывание потоков, медленное протекание физических процессов. Модель содержит большое, даже очень большое число обратных связей. Эти связи замыкают цепи причин и следствий, в которых часто сам элемент является одной из причин своего будущего поведения. Изменение численности населения,

Уровень питания (калории на человека в день (диета на основе растительной пищи)

Рис. 4.1. Питание и ожидаемая продолжительность жизни

Ожидаемая продолжительность жизни населения — это нелинейная функция от уровня питания. Точки на графике отображают уровень питания и среднюю продолжительность жизни (данные по странам мира в 1999 г.). Уровень питания выражается в калориях (растительная пища) на человека в день. Если калории получены за счет животной пищи, то они пересчитываются с коэффициентом 7, поскольку для производства одной калории животной пищи требуется примерно 7 калорий растительной пищи. (Источники: FАО; UN)

например, может привести к изменениям в экономике. Изменения в структуре экономики производства могут привести к изменениям численности населения, так как они воздействуют на коэффициенты рождаемости и смертности. Контуры обратной связи делают модель World3 динамически сложной.

Еще одна особенность модели — нелинейность связей. Такие связи нельзя отобразить прямой линией, они не вызывают пропорциональные изменения во всей области существования переменных. Пусть А воздействует на В. При линейной зависимости, если удвоение А вызывает удвоение В, то уменьшение А вдвое ведет к уменьшению В тоже вдвое. Увеличение А в пять раз вызовет пятикратный рост В. Линейные зависимости генерируют поведение, которое легко понять и прогнозировать. Но в «реальном мире» линейность встречается редко. Вот пример: в модели World3 мы должны учесть связь между производством продовольствия на душу населения и ожидаемой продолжительностью жизни. Одна зависимость между этими параметрами представлена на рис. 4.1. Если людям, которые постоянно недоедают, дать достаточное количество продовольствия, продолжительность их жизни существенно возрастет. Страны,

Рис. 4.2. Затраты на обработку новых сельскохозяйственных земель

Модель World3 полагает, что обработка новых сельскохозяйственных угодий потребует тем больших затрат, чем меньше остается потенциально пахотных земель, еще не находящихся в обороте. (Источники: D.L. Meadows et al.)

которым удалось удвоить ежедневное потребление продовольствия с 2000 до 4000 калорий на человека (диета на основе растительной пищи), могут ожидать увеличения средней продолжительности жизни примерно на 50 %, от 40 до 60 лет. Однако, если снова удвоить потребление продуктов питания и довести его до 8000 калорий в день, это даст уже меньшее увеличение продолжительности жизни — возможно, всего 10 дополнительных лет. В какой-то момент дальнейший рост душевого потребления пищи приведет даже к уменьшению продолжительности жизни.

В «реальном мире» такие нелинейные связи встречаются повсюду. Пример нелинейной связи, использованной в модели World3, показан на рис. 4.2: стоимость обработки новых сельскохозяйственных земель как функция от количества потенциально пахотных, но еще не используемых земель. Мы предположили, что первые фермеры заняли самые плодородные земли, имевшие лучший доступ к воде, и потому затраты на ведение сельского хозяйства на них были минимальными. Это отображено в крайней правой части графика, где почти все 100 % потенциально пахотных земель остаются необработанными. Но по мере вовлечения в сельское хозяйство все большего количества земли (при смещении в левую часть графика) их качество становится хуже: они слишком сухие, или, наоборот, слишком влажные, слой почвы меньшей мощности, температуры менее благоприятные. Затраты на обработку таких земель больше. В соответствии с принципами классической экономики (самая дешевая продукция потребляется первой) модель World3 полагает, что чем позже земли вовлечены в сельскохозяйственный оборот, тем дороже обходится их обработка, и затраты растут нелинейно.

Один параметр влияет на другой, это приводит к изменению. Он меняется еще больше, и тут вместо пропорционального эффекта мы получаем либо значительно больший эффект, либо его отсутствие, а то и прямо противоположный эффект. Из-за таких нелинейностей и в «реальном мире», и в модели World3 порой случаются неожиданные вещи, как будет показано позже в этой главе.

Запаздывания, нелинейности и контуры обратной связи в модели World3 делают ее динамику сложной, но модель по-прежнему является упрощением реальности. Она не проводит различия между разными частями света, не представляет отдельно богатых и бедных. Загрязнение в модели очень сильно упрощено. В реальной жизни образуются тысячи самых разных загрязнителей. Они поступают в окружающую среду с разными скоростями, влияя на растительный и животный мир сотнями способов. Модель World3 учитывает влияние этих загрязнителей всего в двух переменных — одна описывает загрязнители воздуха с коротким временем жизни, другая — токсичные выбросы с долгим временем жизни. Модель различает возобновимые источники, производящие продукты питания, хлопок и другие растительные волокна, и невозобновимые, дающие ископаемые виды топлива и минеральное сырье. Но она не учитывает отдельно типы продуктов питания, типы топлива и сырья. Модель не учитывает причины и последствия применения насилия. И в ней не присутствуют ни капитал оборонного сектора, ни коррупция.

Такая степень упрощения удивляет некоторых людей — они полагают, что в модель необходимо включить все, что мы знаем о мире, в особенности факторы отличия, которые в классических науках кажутся такими большими и важными. Однако внесение таких данных совсем не обязательно сделает модель лучше. И в любом случае она станет сложнее для понимания. Несмотря на свою относительную простоту, модель World3 значительно сложнее и глубже, чем большинство моделей, которые используются сейчас для оценки отдаленных перспектив мировой системы.

Если вы пытаетесь понять, как будут вести себя в будущем социальные системы, нужна балансовая модель. Нет смысла создавать модели с мельчайшими подробностями в одной сфере, но при этом с грубым упрощением в другой. Например, некоторые демографические модели очень точно отслеживают половозрастное распределение по разным странам и регионам. Однако они полагают, что коэффициенты рождаемости и смертности будут следовать раз и навсегда определенным для них зависимостям, и что они друг на друга не влияют[136]. Некоторые экономические модели описывают десятки, а то и сотни секторов экономики, но они предполагают, что связи между входными и выходными потоками всегда линейны, или что рынок всегда быстро выравнивает спрос и предложение, или что люди принимают решения на основе исключительно экономических соображений и полной информации.

Если модель призвана отразить основные тенденции поведения системы в будущем, то в ней должны учитываться причинно-следственные связи по самым важным переменным. В некоторых моделях используются сотни уравнений, чтобы отобразить влияние на единственную переменную или элемент системы, но при этом прочие переменные, например, потребление энергии как экзогенный фактор, управляемый внешними воздействиями, определяются либо по историческим данным, либо вообще интуитивно. Модели, подобные умозрительным последовательностям, могут быть ограничены самым слабым звеном в цепи. Мы старались сделать все подсистемы модели World3 одинаково сильными, пытались учесть все важные факторы, чтобы модель не грешила чрезмерным упрощением или зависела исключительно от внешних параметров.

Нет необходимости верить нам на слово. Мы подготовили компакт-диск с моделью World3 и документацией к ней. Вы можете получить копию диска, воспроизвести все наши сценарии, сравнить их и оценить правильность наших выводов[137].