Алекс Мешик
Древний ядерный реактор

Во время проведения обычного анализа образцов урановой руды выявился очень странный факт — процентное содержание урана-235 было ниже нормы. В природном уране содержится три изотопа, отличающихся атомными массами. Самый распространённый — уран-238, самый редкий — уран-234, и представляющий наибольший интерес — уран-235, поддерживающий цепную ядерную реакцию.

В открытом карьере для разработки залежей урана в Окло, в Габоне, обнаружено более дюжины зон, где когда-то происходили ядерные реакции.

Повсюду — и в земной коре, и на Луне, и даже в метеоритах — атомы урана-235 составляют 0,720% общего количества урана. Но в образцах из месторождения Окло в Габоне содержание урана-235 составляло всего 0,717%. Этого крошечного несоответствия было достаточно, чтобы насторожить французских учёных. Дальнейшие исследования показали, что в руде недоставало около 200 кг — вполне достаточно для изготовления полдюжины ядерных бомб.

 

Специалисты французской Комиссии по атомной энергии были озадачены. Ответом послужила статья 19-летней давности, в которой Джордж Ветрилл (George W. Wetherill) из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и Марк Ингрэм (Mark G. Inghram) из Чикагского университета высказали предположение о существовании в далёком прошлом природных ядерных реакторов. Вскоре Пол Курода (Paul К. Kuroda), химик из Университета Арканзаса, определил „необходимые и достаточные“ условия для того, чтобы в теле уранового месторождения спонтанно возник процесс самоподдерживающегося расщепления.

Согласно его расчётам, размер месторождения должен превышать среднюю длину пробега нейтронов, вызывающих расщепление (около 2/3 метра). Тогда нейтроны, испущенные одним расщепившимся ядром, будут поглощены другим ядром до того, как они покинут урановую жилу.

 

Естественные реакторы расщепления были найдены только в сердце Африки — в Габоне, в Окло и соседних урановых шахтах в Окелобондо и на участке Бангомбе, расположенном примерно в 35 км.

Концентрация урана-235 должна быть достаточно велика. Сегодня даже большое месторождение не может стать ядерным реактором, так как содержит меньше 1% урана-235. Этот изотоп распадается приблизительно в шесть раз быстрее, чем уран-238, из чего следует, что в отдалённом прошлом, например, 2 млрд. лет назад, количество урана-235 составляло около 3% — примерно столько, сколько в обогащённом уране, используемом как топливо на большинстве атомных электростанций. Также необходимо наличие вещества, способного замедлять нейтроны, испущенные при расщеплении ядер урана так, чтобы они более эффективно вызывали расщепление других ядер урана. Наконец, в массе руды не должно быть заметных количеств бора, лития или других так называемых ядерных ядов, которые активно поглощают нейтроны и вызвали бы быструю остановку любой ядерной реакции.

 

Исследователи установили, что условия, создавшиеся 2 млрд. лет назад на 16 отдельных участках как в пределах Окло, так и на соседних урановых шахтах в Окелобондо, были очень близки к тому, что описал Курода (см. „Божественный реактор“, „Вмире науки“, № 1, 2004 г.). Хотя все эти зоны были обнаружены десятилетия назад, только недавно нам наконец удалось прояснить, что же происходило внутри одного из этих древних реакторов.

Проверка лёгкими элементами

Вскоре физики подтвердили предположение, что снижение содержания урана-235 в Окло было вызвано реакциями расщепления. Бесспорное доказательство появилось при изучении элементов, возникающих при расщеплении тяжелого ядра. Концентрация продуктов распада оказалась настолько высокой, что подобное заключение было единственно верным. 2 млрд. лет назад здесь происходила цепная ядерная реакция, подобная той, которую Энрико Ферми и его коллеги блестяще продемонстрировали в 1942 г.

Обзор: ИСКОПАЕМЫЕ РЕАКТОРЫ

• Три десятилетия назад французские учёные обнаружили, что некоторые участки месторождения урана в Габоне в древности функционировали как естественные реакторы расщепления.
• Автор и два его коллеги, проанализировав содержание газа ксенона (продукта расщепления урана), сделали вывод, что один из этих древних реакторов должен был работать с рабочим циклом около получаса и с перерывом не менее двух с половиной часов.
• Возможно, что дальнейшее изучение свойств ксенона, удерживаемого в зёрнах минералов, позволит обнаружить естественные ядерные реакторы в других местах. Но пока лишь те, что обнаружены в Габоне, позволяют говорить о возможных изменениях фундаментальных физических констант, а также выяснить, как захороненные ядерные отходы мигрируют с течением времени.

Физики всего мира изучали доказательства существования естественных ядерных реакторов. Результаты своих работ по „феномену Окло“ учёные представили на специальной конференции в столице Габона Либревилле в 1975 г. В следующем году Джордж Коуэн (George A. Cowan), представлявший на этой встрече США, написал статью для журнала Scientific American (см. „A Natural Fission Reactor“, by George A. Cowan, July 1976).

Коуэн обобщил информацию и описал представления о происходившем в этом удивительном месте: некоторые из нейтронов, испущенных при расщеплении урана-235, захватываются ядрами более распространённого урана-238, который превращается в уран-239, и после испускания двух электронов превращается в плутоний-239. Так в Окло образовалось более двух тонн этого изотопа. Затем часть плутония подверглась расщеплению, о чём свидетельствует наличие характерных продуктов его деления, что и позволило исследователям заключить, что эти реакции должны были продолжаться сотни тысяч лет. По количеству использованного урана-235 они вычислили количество выделенной энергии — около 15 тыс. МВт-лет. Согласно этим и другим свидетельствам, средняя мощность реактора оказалась меньше 100 кВт, то есть её хватило бы для работы нескольких дюжин тостеров.

Как возникли больше десятка естественных реакторов? За счёт чего обеспечивалась их постоянная мощность в течение нескольких сотен тысячелетий? Почему они не самоуничтожились сразу после того, как начались цепные ядерные реакции? Какой механизм обеспечил необходимое саморегулирование? Работали ли реакторы непрерывно или периодически? Ответы на эти вопросы появились не сразу. А на последний вопрос удалось пролить свет совсем недавно, когда мои коллеги и я занялись исследованием образцов загадочной африканской руды в Вашингтонском университете в Сент-Луисе.

РАСЩЕПЛЕНИЕ В ДЕТАЛЯХ

Цепные ядерные реакции начинаются, когда отдельный свободный нейтрон попадает в ядро расщепляющегося атома, типа урана-235 (вверху слева). Ядро расщепляется, давая два меньших атома и испуская другие нейтроны, которые отлетают с большой скоростью и должны быть замедлены прежде, чем они смогут вызвать расщепление других ядер. В отложении в Окло так же, как в современных ядерных реакторах на лёгкой воде, замедляющим агентом была обычная вода. Отличие состоит в системе регулирования: на атомных электростанциях используются поглощающие нейтроны стержни, а реакторы в Окло просто нагревались до тех пор, пока вода не выкипала.

Что скрывал благородный газ

Наша работа по одному из реакторов в Окло была посвящена анализу ксенона — тяжёлого инертного газа, который может оставаться заключённым в минералах в течение миллиардов лет. Ксенон имеет девять устойчивых изотопов, возникающих в различных количествах в зависимости от характера ядерных процессов.

Атомы урана-235 составляют около 0,720% естественного урана. Поэтому, когда рабочие обнаружили, что уран из карьера Окло содержал чуть больше 0,717%, они были удивлены, Этот показатель действительно существенно отличается от результатов анализа других образцов руды урана (вверху). Видимо, в прошлом отношение урана-235 к урану-238 было намного выше, так как период полураспада урана-235 намного короче. В подобных условиях становится возможной реакция расщепления. Когда 1,8 млрд, лет назад сформировались урановые залежи в Окло, естественное содержание урана-235 составляло около 3%, как и в топливе для ядерных реакторов. Когда примерно 4,6 млрд. лет назад сформировалась Земля, соотношение превышало 20%, то есть уровень, при котором уран сегодня считается „оружейным“.

Будучи благородным газом, он не вступает в химические реакции с другими элементами, и поэтому его легко очистить для изотопного анализа. Ксенон чрезвычайно редок, что позволяет использовать его для обнаружения и отслеживания ядерных реакций, даже если они происходили ещё до рождения Солнечной системы.

 

Для анализа изотопного состава ксенона требуется масс-спектрометр — прибор, который может сортировать атомы по их весу. Нам повезло: мы получили доступ к чрезвычайно точному масс-спектрометру для ксенона, построенному Чарльзом Хохенбергом (Charles М. Hohenberg). Но сначала нужно было извлечь ксенон из нашего образца. Обычно минерал, содержащий ксенон, нагревают выше точки плавления, при этом кристаллическая структура разрушается и больше не может удерживать заключённый в ней газ. Но мы, чтобы собрать больше информации, применили более тонкий метод — лазерное извлечение, позволяющий добраться до ксенона в определённых зёрнах и оставляющий прилегающие к ним области нетронутыми.

Мы обработали много крошечных участков единственного имеющегося у нас образца горной породы из Окло толщиной всего 1 мм и шириной 4 мм. Чтобы точно нацелить лазерный луч, мы воспользовались подробной рентгеновской картой объекта, построенной Ольгой Прадивцевой, которая также идентифицировала составлявшие его минералы. После извлечения мы очищали выделившийся ксенон и анализировали в масс-спектрометре Хохенберга, который давал нам число атомов каждого изотопа.

Здесь нас ожидало несколько сюрпризов: во-первых, в богатых ураном зёрнах минералов газа не оказалось. Большая его часть была захвачена минералами, содержащими фосфат алюминия, — в них была обнаружена самая высокая концентрация ксенона, когда-либо найденного в природе. Во-вторых, извлечённый газ существенно отличался по изотопному составу от обычно образующегося в ядерных реакторах. В нём практически отсутствовал ксенон-136 и ксенон-134, тогда как содержание более лёгких изотопов элемента осталось прежним.

Ксенон, извлечённый из зёрен фосфата алюминия в образце из Окло, оказался любопытного изотопного состава (слева), не соответствующего тому, что получается при расщеплении урана-235 (в центре), и не похож на изотопный состав атмосферного ксенона (справа). Примечательно, что количества ксенона-131 и -132 выше, а количества -134 и -136 ниже, чем следовало ожидать от расщепления урана-235. Хотя эти наблюдения вначале весьма озадачили автора, позже он понял, что они содержали ключ к пониманию работы этого древнего ядерного реактора.

В чём причина таких изменений? Возможно, это результат ядерных реакций? Тщательный анализ позволил моим коллегам и мне отклонить эту возможность. Мы рассмотрели также физическую сортировку различных изотопов, которая иногда происходит из-за того, что более тяжёлые атомы движутся немного медленней, чем их более лёгкие аналоги. Это свойство используется на заводах по обогащению урана для производства реакторного топлива. Но даже если бы природа могла реализовать подобный процесс в микроскопическом масштабе, состав смеси изотопов ксенона в зёрнах фосфата алюминия отличался бы от того, что мы обнаружили. Например, измеренное относительно количества ксенона-132 уменьшение содержания ксенона-136 (более тяжёлого на 4 атомные единицы массы) было бы вдвое больше, чем для ксенона-134 (более тяжёлого на 2 атомные единицы массы), если бы работала физическая сортировка. Однако мы не увидели ничего подобного.

Проанализировав условия образования ксенона, мы обратили внимание, что ни один из его изотопов не был прямым результатом расщепления урана; все они были продуктами распада радиоактивных изотопов йода, которые, в свою очередь, образовывались из радиоактивного теллура и т. д., согласно известной последовательности ядерных реакций. При этом различные изотопы ксенона в нашем образце из Окло возникали в разные моменты времени. Чем дольше живёт конкретный радиоактивный предшественник, тем больше запаздывает образование из него ксенона. Например, образование ксенона-136 началось только спустя минуту после начала самоподдерживающегося расщепления. Спустя час появляется следующий более легкий устойчивый изотоп, ксенон-134. Затем, спустя несколько дней, на сцене появляются ксенон-132 и ксенон-131. Наконец, через миллионы лет, и много позже прекращения цепных ядерных реакций, образуется ксенон-129.

Если бы залежи урана в Окло оставались замкнутой системой, ксенон, накопившийся в процессе работы его естественных реакторов, сохранил нормальный изотопный состав. Но система не была замкнутой, подтверждением чего можно считать тот факт, что реакторы в Окло каким-то образом регулировали сами себя. Наиболее вероятный механизм предполагает участие в этом процессе грунтовых вод, которые выкипали после того, как температура достигала некоторого критического уровня. При испарении воды, действовавшей как замедлитель нейтронов, цепные ядерные реакции временно прекращались, а после того, как всё остывало и в зону реакции снова проникало достаточное количество грунтовых вод, расщепление могло возобновиться.

Эта картина проясняет два важных момента: реакторы могли работать периодами (включаясь и выключаясь); через эту горную породу должны были проходить большие количества воды, достаточные, чтобы вымыть некоторые из предшественников ксенона, а именно теллур и йод. Присутствие воды помогает также объяснить, почему большая часть ксенона теперь содержится в зёрнах фосфата алюминия, а не в богатых ураном породах. Зёрна фосфата алюминия, вероятно, сформировались под действием нагретой ядерным реактором воды, после того как она охладилась приблизительно до 300°С.

Во время каждого активного периода действия реактора в Окло и в течение некоторого времени после, пока температура оставалась высокой, большая часть ксенона (включая ксенон-136 и -134, которые генерируются относительно быстро) удалялась из реактора. Когда же реактор остывал, более долгоживущие предшественники ксенона (те, которые позже породят ксенон-132, -131 и -129, которые мы нашли в большем количестве) оказывались включёнными в растущие зёрна фосфата алюминия. Затем, когда всё больше воды возвращалось в зону реакции, нейтроны в нужной степени замедлялись и снова начиналась реакция расщепления, заставляя повториться цикл нагревания и охлаждения. Результатом и стало специфическое распределение изотопов ксенона.

Не вполне ясно, какие силы удерживали этот ксенон в минералах фосфата алюминия в течение почти половины жизни планеты. В частности, почему ксенон, возникший в данном цикле работы реактора, не оказался изгнанным во время следующего цикла? Предположительно структура фосфата алюминия оказалась способной удерживать ксенон, образовавшийся внутри неё, даже при высоких температурах.

Попытки объяснить необычность изотопного состава ксенона в Окло потребовали рассмотреть также и другие элементы. Особое внимание привлек йод, из которого ксенон образуется при радиоактивном распаде. Моделирование процесса возникновения продуктов расщепления и их радиоактивного распада показало, что специфический изотопный состав ксенона — следствие циклического действия реактора, Этот цикл изображён на трёх схемах сверху.

Рабочий график природы

После того как была выработана теория возникновения ксенона в зёрнах фосфата алюминия, мы попытались реализовать этот процесс в математической модели. Наши выкладки прояснили многое в работе реактора, причём полученные данные об изотопах ксенона привели к ожидаемым результатам. Реактор в Окло „включался“ на 30 минут и „отключался“ по крайней мере на 2,5 часа. Подобным образом функционируют некоторые гейзеры: медленно нагреваются, вскипают, выбрасывая порцию грунтовых вод, повторяя этот цикл день за днём, год за годом. Так, грунтовые воды, проходящие через месторождение в Окло, могли не только быть замедлителем нейтронов, но и „регулировать“ работу реактора. Это был чрезвычайно эффективный механизм, не позволяющий структуре ни расплавиться, ни взорваться на протяжении сотен тысяч лет.

Инженерам, работающим в области ядерной энергетики, есть чему поучиться у Окло. Например тому, как обращаться с ядерными отходами. Окло представляет собой образец долгосрочного геологического хранилища. Поэтому учёные подробно исследуют процессы миграции с течением времени продуктов расщепления из естественных реакторов. Они также тщательно изучили такую же зону древнего ядерного расщепления на участке Бангомбе, примерно в 35 км от Окло. Реактор в Бангомбе представляет особый интерес, так как он находится на меньшей глубине, чем в Окло и Окелобондо, и до недавнего времени через него проходило больше воды. Подобные удивительные объекты подтверждают гипотезу, что многие виды опасных ядерных отходов можно будет успешно изолировать в подземных хранилищах.

Пример Окло также демонстрирует способ хранения некоторых видов наиболее опасных ядерных отходов. С начала промышленного использования ядерной энергии в атмосферу были выброшены огромные количества образующихся в ядерных установках радиоактивных инертных газов (ксенона-135, криптона-85 и др.). В природных реакторах эти отходы производства захватываются и удерживаются в течение миллиардов лет минералами, содержащими фосфат алюминия.

Древние реакторы типа Окло могут оказать влияние и на понимание фундаментальных физических величин, например, физической постоянной, обозначаемой буквой α (альфа), связанной с такими универсальными величинами, как скорость света (см. „Непостоянные постоянные“, „В мире науки“, № 9, 2005 г.). В течение трёх десятилетий феномен Окло (возрастом 2 млрд. лет) использовался как довод против изменений α. Но в прошлом году Стивен Ламоро (Steven К. Lamoreaux) и Джастин Торгерсон (Justin R. Torgerson) из Лос-Аламосской национальной лаборатории установили, что эта „постоянная“ значительно изменялась.

Являются ли эти древние реакторы в Габоне единственными, когда-либо образовавшимися на Земле? Два миллиарда лет назад условия, необходимые для самоподдерживающегося расщепления, были не слишком редкими, так что, возможно, однажды будут обнаружены и другие естественные реакторы. А результаты анализа ксенона из образцов могли бы очень помочь в этом поиске.

„Феномен Окло заставляет вспомнить высказывание Э. Ферми, построившего первый ядерный реактор, и П.Л. Капицы, которые независимо друг от друга утверждали, что только человек способен создать нечто подобное. Однако древний природный реактор опровергает эту точку зрения, подтверждая мысль А. Эйнштейна о том, что Бог более изощрён…“

Памяти Н. В. Тимофеева-Ресовского

1

Роковые силы существуют не только в нашей повседневной, человеческой жизни, но и в природе. Собственно, первое — это отражение и следствие второго.

В своей последней статье, опубликованной в журнале „Природа“ (1980, № 9), наш выдающийся биолог Н.В. Тимофеев-Ресовский (1900-1981) две эти силы определил чётко и прямо: естественный отбор и конвариантная редупликация. Сложно? Да нет, сейчас мы во всем разберемся.

Под естественным отбором подразумевают следующее: преимущество в размножении (так называемое селективное преимущество) имеют те особи, которые наиболее приспособлены к конкретным (в полном смысле слова — сегодняшним) условиям внешней среды; это, согласно Тимофееву-Ресовскому, первый общебиологический принцип. А конвариантная редупликация есть процесс наследственной изменчивости: при размножении (точнее, при копировании генетической информации) возникают мутации — изменения структуры ДНК, или, попросту говоря, ошибки. И возникают они из-за того, что системы репликации ДНК не могут работать с абсолютной точностью. Это по Тимофееву-Ресовскому — второй общебиологический принцип. Что в итоге? Популяция вида всегда состоит из организмов, генетически не идентичных. Из этого разнообразия, благодаря слепой и равнодушной силе естественного отбора, и получают наибольшие шансы те особи, которым дана возможность передать свои, сегодня „хорошие“, гены следующему поколению. „Плохие“ гены в данный исторический момент уходят в небытие. В общем, получается так, что эволюция основывается на случайных роковых или счастливых ошибках. И ещё: чем больше разнообразие внутри вида, тем больше шансов для его эволюции. И значит, для эволюции вообще. Для макроэволюции.

2

Да, есть сугубо общее, но и несомненно индивидуальное. И если о последнем, то выходит, каждый ли из нас „цветёт“ по-своему. Но в какой степени? Ну уж не в такой, наверное, чтобы родиться уродом, хотя таковые, что ж делать, изредка встречаются.            

Ломоносов. 300 лет одиночества.

Документальный сериал (Россия, 2011). 4 серии.
Режиссер Юрий Однопозов.
Автор Виктор Куллэ.

С него начиналась наша наука и наша литература. По словам Пушкина, «он сам был первым нашим университетом». Кажется, что жизнь великого ученого и поэта Михаила Ломоносова изучена досконально: о его судьбе написаны сотни книг, сняты фильмы. Однако есть в биографии Ломоносова ряд эпизодов, которые до сих пор остаются загадкой. Некоторые из них обросли легендами, некоторые стали объектами спекуляций в прессе. Оказывается, человек, посвятивший свою жизнь познанию тайн природы, сам был тайной. Причем тайной, непознанной по сей день.

1-я серия. «Питомец диссидентов»
Одна из самых значительных загадок биографии Ломоносова – его поступление в Славяно-греко-латинскую Академию. Для того чтобы крестьянский сын мог учиться в этом заведении, необходимо было наличие у него каких-то рекомендательных писем. В фильме прослеживаются связи Ломоносова со старообрядцами русского Севера, у которых ещё до поступления в Академию юный Михайло получил первые азы учёности.

2-я серия. «Наследник царя Петра?»
Речь пойдет о гипотезе «царского» происхождении Ломоносова. Слухи о том, что Михайло Васильевич был внебрачным сыном Петра Великого, ходили по Руси ещё в XIX веке. В последнее время они вновь стали достоянием жёлтой прессы. В фильме предпринята попытка объективно проанализировать все аргументы «за» и «против» подобной версии.

3-я серия. «Северный Леонардо»
Значение Михаила Ломоносова как учёного до сих пор ставится многими историками науки под сомнение – по ряду причин практически всё им совершённое десятилетия спустя было заново «открыто» западными учёными. В фильме предпринята попытка понять, почему так произошло.

4-я серия. «Великая буря восстанет»
Фильм посвящен загадке исчезнувшего архива Ломоносова. До недавних пор историю с конфискацией архива связывали с кознями его соперников и недоброжелателей по Академии наук. В фильме впервые высказывается оригинальная политическая причина исчезновения архива великого учёного.

Оксана Нараленкова о документальном сериале ("Российская газета" - www.rg.ru, 14.11.2011): "Ломоносов - явление уникальное. Такой взгляд на ученого предлагают авторы фильма "Ломоносов. 300 лет одиночества". Простой мужик из северной глубинки, ставший дворянином и академиком, великим поэтом и ученым с мировым именем. Ни до, ни после подобного подъема на "социальном лифте" Российская Империя не знала. И в этом - первая из загадок Михаила Ломоносова. Он не был понят современниками - и потомки оценили его вовсе не за то, что он считал главным делом своей жизни. При всей грандиозной славе, Ломоносов был одной из самых одиноких и трагических фигур в российской истории".

  В самом этом слове — булат — уже слышится тайна, намек на чудеса, магию, что-то такое, разуму недоступное. Из поколения в поколение, с глазу на глаз передавал отец сыну великий секрет, почитаемый как святыня, и не было хитрости, столь изощренной, чтобы разгадала она его, не было такого кошелька, который бы мог его купить.

Булат — классический пример победы науки опытной. Изобретателя булата никогда не было. Никто никогда не сможет назвать дату его рождения. Он вырастал очень медленно из недр примитивной металлургии древности. Существует мнение, что первые железные орудия изготовлялись из железных метеоритов — в них железа больше, чем в самой лучшей руде. И очевидно, едва начав постигать премудрости металлургических процессов, человек тут же задумался над их совершенствованием — иначе он не был бы человеком.

© Sam Comen

Колумнист The Wired и популяризатор науки Джона Лерер — из тех ученых, которые исследуют взаимоотношения точных и когнитивных наук. Вопросы, которые его занимают, выглядят примерно так: какой цвет может удвоить творческий потенциал работников? Почему «мозговые штурмы» не только не помогают, но и мешают придумывать? Как города мешают нам мыслить? Обо всем этом исследователь рассказывал в Москве на Фестивале мировых идей «Вокруг света», а потом ответил на вопросы «Теорий и практик».

— Человеку стало сложно читать большие объемы текста. Это связано больше с тем, что произошли определенные изменения в мышлении, связанные с развитием интернет-технологий, или с тем, что доступной информации в целом стало больше?

— Существует не так много доказательств того, что из-за появления большого количества отвлекающих факторов современному человеку стало сложнее читать романы. В интернете есть множество возможностей стать умнее, а не только глупее. Интернет дает нам новые источники информации, новые сайты, связи и способы взаимодействия, позволяет развивать наше мышление. У него есть как хорошие черты, так и плохие. Самое важное — это понять, что препятствует нашим усилиям работать, отвлекает нас, и сфокусироваться на развитии тех навыков, которые получаются у нас лучше всего. Интернет показывает нам новые идеи, открывает доступ к новой информации.

Кроме этого, необходимо понимать, что мозг изменчив. Многие говорят, что интернет негативно влияет на наш мозг. Но все влияет на мозг! Даже навыки чтения кардинально изменяют наши мозги: треть зрительной коры головного мозга отведена грамоте, буквам и словам, одна шестая часть нашего мозга отвечает только за чтение. Это такой компромисс, распределение сил — если у тебя хорошо развит навык чтения, например, ты никогда не будешь иметь такие же хорошие результаты в области визуальной памяти. Нельзя сказать, что чтение — это плохо, оно просто позволяет делать какие-то вещи лучше, а какие-то хуже. Я думаю, то же применимо и к интернету, это как набор плюсов и минусов. Необходимо понимать плюсы и фокусироваться на них, пытаться смягчить отрицательные стороны, уравновесить минусы.

— Мы знаем, что сегодня человеку становится сложно концентрироваться на чтении, после прочтения двух-трех страниц его внимание начинает рассеиваться. Плохо это или хорошо? Как нам перестать отвлекаться?

— Это одно из отрицательных свойств интернета. У меня есть свой способ, чтобы сосредоточиться на работе: я оставляю мобильный телефон дома, отключаю Wi-Fi. Мне не хватает самоконтроля: если фейсбук не выключен, я продолжаю следить за обновлениями ленты. Но каждый человек должен найти свой метод, я думаю. Как и многие другие вещи, этот подход требует практики, постепенного улучшения.

В своем выступлении я рассказывал об эксперименте, который называется «Зефирный тест». Четырехлетние дети пытаются противостоять своему желанию съесть зефир в данный момент, чтобы в перспективе получить двойную порцию. Исследование показало, что если дать ребенку потренироваться, он может научиться сдерживать себя в желании съесть зефир и давать лучшие результаты. Все это применимо и к взрослому человеку. Мы способны лучше учиться, когда игнорируем отвлекающие факторы. В отличие от животных мы можем контролировать наши мысли, многие биологические виды не умеют концентрировать свое внимание или следить за направленным светом, но мы можем выбирать, на что обращать внимание, а на что нет, искать пользу. Этот навык — огромный дар, который люди должны уметь использовать.

— Как можно объяснить школьнику, зачем ему необходимо запоминать огромное количество информации, которую он может в любое время посмотреть в интернете?

— Интересный вопрос. Я бы сказал что-нибудь типа: «Сынок, если ты хочешь найти какую-то новую идею, тебе необходимо иметь огромный багаж из старых идей в твоей голове».

— «Но я могу найти все эти старые идеи и в интернете», — ответит он.

— Наш ум работает, как ассоциативная машина, которая всегда рождает новые ассоциации, новые связи, которые не берутся из ниоткуда. Нельзя придумать новую идею, новую схему без знания прошлого опыта. Одна из важных составляющих образования — это наполнение твоего сознания множеством существующих концепций, мыслей, фактов. Творчество действительно требует наличия знаний. Когда человек хочет создать что-то новое, изобрести следующий iPhone, решить какую-то научную задачу, он не может просто положить книгу под подушку и уснуть на ней, ему нужно изучить ее.

— Тогда получается, необходимо, чтобы ученик запоминал выводы, основные положения этих концепций, и совершенно не обязательно заставлять его выучивать целую книгу наизусть, как это делают до сих пор в наших школах.

— Верно. Это то, что называется memorization — запоминание. Этому слишком много уделяют внимание в школах. На мой взгляд, запоминание играло важную роль около 50 лет назад, но сегодня, когда все можно найти с помощью телефона, информация всегда у тебя в кармане. Впрочем, не стоит заходить слишком далеко — человеку необходимо держать ту или иную информацию у себя в голове. Я бы выделил важную роль, которую играет информация для творчества.

— Как должна измениться система образования — в целом в связи с переменами, которые происходят в нашем сознании?

Книги, которые рекомендует Джона Лерер:

«У Даниэля Канемана вышла новая книга под названием «Мыслить быстро и медленно». Это один из наиболее влиятельных психологов XXI века».

«Первая величайшая книга по психологии, ей практически сто лет. Потрясающе, как во многом он оказался прав, какой пророческой оказалась эта книга. Полезно почитать ее не только с исторической точки зрения: там также можно найти большое количество интересных гипотез, которые до сих пор не нашли научного подтверждения».

«Маяк» — это старый роман Вирджинии Вулф. Она проделала потрясающую работу: описала природу мышления и попыталась запечатлеть поток сознания на своих страницах».

— Необходимо уделять больше времени творческой практике в школах — живописи, чтению художественной и нехудожественной литературы, поэзии. Креативные навыки, воображение не появляются просто так — нужно развивать их через непрерывную практику. Практиковаться, практиковаться и еще раз практиковаться.

— То есть вы считаете, что искусство — это основа для образования креативного профессионала?

— Творческое мышление нужно тренировать, а занятия искусством — хороший способ для его развития. Ученикам нужно сосредоточиться в большей степени на умении решать проблемы, а не на заучивании информации.

— Мы живем в эпоху, когда процессы развиваются так быстро, информация никогда не была такой подвижной и динамичной, как это сказывается на практике обучения?

— Одна из основных проблем сегодня — это изобилие информации, которое создает, в свою очередь, проблему дефицита внимания. Такое обилие информации вокруг нас, что мы подчас не знаем, на чем лучше остановить свое внимание, и это может иметь негативные последствия для процесса принятия решений. Когда человек получает большое количество информации, он с большой вероятностью может принять к рассмотрению какие-то неважные, бесполезные данные, что приведет его к ошибке. Сегодня мы испытываем информационную перегрузку, из-за которой нередко принимаем неправильные решения.

— И это влияет на наш мозг гораздо сильнее, чем появление в начале ХХ века телевидения и радио.

— Сложно сказать, это грандиозный скачок в развитии человечества. В наше время человек может получить доступ практически к любой информации, которая когда-либо существовала, к миллионам научных исследований, к иностранной прессе и так далее. И вот она буквально в твоем кармане, всегда при тебе. Появилось и много соблазнов, возможность постоянно получать новую информацию, собирать все новые факты для принятия решения. Иногда нам не нужно так много информации, порой ответы уже лежат на поверхности, нам надо научиться доверять своей интуиции.

— Как вы думаете, это изменение в процессе познания влияет на отношения между поколениями?

— Здесь сложно судить. Определенно есть разница между поколениями: молодые люди больше доверяют интернету как инструменту поиска и изучения, но сложно сказать, во что это выльется. Мы сейчас как раз проводим большой эксперимент относительно принципов, по которым познавательный процесс проходит у разных поколений.

— Наши родители мыслят совершенно отлично от нас.

— Да, и наши дети, в свою очередь, будут мыслить иначе. Наш мозг не статичен — технологии, информация всегда оказывали на него влияние, это не новое явление. Возможно, сейчас это просто быстрее происходит.

— Является ли этот процесс, эта эволюция положительным моментом? Ведь эволюция — это процесс, который сохраняет лишь сильнейшие наши качества.

— Иногда она может иметь положительные, иногда отрицательные последствия. Нельзя сказать, что способность мозга изменяться — это абсолютно позитивное явление. Наш мозг весьма пластичен, и это важно, так как делает нас гибкими, приспосабливаемыми. Когда появляются новые технологии, наш мозг адаптируется к ним, это хорошо.

— Правда ли, что умение концентрироваться вообще не типично для человека? Мы ленивы и поэтому стараемся нагружать мозг как можно меньше, если этого не требуется для выживания.

— Я бы не назвал это ленью. Мы любим что-то новое, нам нужны постоянные обновления, поэтому часто становится скучно от старых вещей. Когда ты ешь шоколадный торт, первый кусок всегда самый вкусный, второй нормальный, а третий уже не кажется таким уж привлекательным. То же происходит и с информацией — сначала все представляется ужасно занимательным, потом нам это наскучивает, мы переключаем канал и переходим на другой вебсайт, а вместо того, чтобы прочитать книгу, залезаем проверить твиттер. Мы постоянно находимся в поиске новой информации: часто это очень полезно для нашего развития, но это также является и барьером, отвлекает нас.

— Вы много писали о процессе принятия решений. Как этот процесс меняется с учетом этой когнитивной трансформации?

— Процесс принятия решений очень занимателен: о работе мозга при принятии решения написано большое количество трудов. Оказывается, что люди не так рациональны, как они о себе думают. Еще со времен Платона человек воспринимал себя в качестве рационального создания, но на самом деле, мы крайне подвержены эмоциям. Человеческий интеллект весьма ограничен в эмоциональном плане, что не редко приводит его к заблуждениям, к совершению глупых поступков, но часто наши инстинкты знают больше о нас, чем мы сами.

— То есть наши родители принимают решения не так, как мы?

— Я не могу точно ответить на этот вопрос — но все это напряжение, эта конкуренция между эмоциями и разумом существовали всегда. Поэтому я не думаю, что механизм принятия решения сильно изменился. Современное поколение обладает большим набором инструментов для поиска и обработки информации, но это не отменяет тот факт, что мы до сих пор подвержены эмоциям, что мы до сих пор способны рассуждать.

На конференции PopTech в 2009 году Лерер говорил о том, как важно при принятии решений или решении проблем привлекать эксперта со стороны: именно отсутствие погруженности в тему позволит ему увидеть свежим взглядом проблемы, которых никто не замечал ранее.

— Вы писали о том, что одним из негативных факторов, которые влияют на наш мозг, является городская жизнь. Что делать человеку, который беспокоится об информационной гигиене?

— В первую очередь, ему стоит подумать о самосознании и понимании тех вещей, которые нас отвлекают: знание своих слабых сторон лишает уязвимости. В дальнейшем принимать шаги для предотвращения будущих ошибок, пытаться оградить себя от них.

Города, как и интернет, с одной стороны, мешают нам, с другой делают нас умнее. Это компромисс. Что касается принятия решений, человеческий разум имеет склонность к предубеждению, имеет врожденные недостатки, и единственный способ справиться с этими недостатками, это знать о них. В тот момент, когда ты принимаешь решения, ты можешь сказать: «Ага, я знаю, что сейчас сработала та или иная систематическая ошибка, которая может помешать мне принять верное решение!» Обращая внимание на то, как мы мыслим, мы учимся принимать лучшие решения.

— Как связаны мышление и механизм принятия решений?

— Потрясающее свойство нашего мозга — это его способность изменяться. Каждая мысль побуждает активность в определенной части нашего мозга, что делает ее материальной. Программа влияет на систему, наши мысли влияют на структуру нашего мозга — это очень сильная идея. Мысли нам кажутся метафизическими, но они имеют вполне физическое воздействие. В зависимости о того, о чем люди думают, происходят изменения в человеческом мозге, мы можем наблюдать, какая именно часть его становится активной.

Борис Черток. 100 лет: тангаж в норме

Документальный фильм (Россия, 2011).

Фильм, который готовился к 100-летию Бориса Чертока -  откровенные воспоминания  человека, стоявшего у истоков отечественного ракетостроения. Его памяти на детали могли бы позавидовать даже те, кому меньше лет. 

Российский ученый-конструктор, соратник Сергея Королева, академик РАН, доктор технических наук Борис Черток скончался в среду в Москве на 100-м году жизни. В программе нашего телеканала произошли изменения. Сегодня в 20:45 будет показан документальный фильм "Борис Черток. 100 лет: тангаж в норме", посвященный памяти академика.

Британский журнал Тime опубликовал «космические» итоги года. Сенсациями года стали следующие события: обнаружение учеными самой твердой планеты, кладбища метеоритов, а также запуск космических аппаратов на Юпитер и Марс. В следующем рейтинге представлены 5 космических сенсаций года, по мнению журналистов.                                                      

Обо всех тонкостях вращения Земли в пространстве учёные привыкли судить, наблюдая за далёкими объектами в космосе как за опорными точками. Однако физики нашли способ отследить раскачку оси планеты прямо в лаборатории. Лазерный гироскоп показал, как «шатается Земля», продемонстрировав в миллионы раз большую чувствительность, чем его собратья из мира аэрокосмической техники

Специалисты из геодезической обсерватории Веттцелль (Geodätisches Observatorium Wettzell) технического университета Мюнхена, а также ряда других германских научных учреждений построили и успешно апробировали самый стабильный в мире и самый чувствительный лазерный гироскоп.

Он смог уловить тончайшие (в доли угловой секунды) отклонения в оси вращения нашей планеты, циклически происходящие с периодом в год и больше. При этом данные оказались хорошо согласованы с параметрами, измеренными Международной службой вращения Земли (IERS) при помощи иных методов.

Пример смещения оси вращения Земли (по вертикали – дни, по осям x и y – отклонение в угловых секундах) (иллюстрация с сайта wikipedia.org).                 

Телескопам НАСА удалось запечатлеть «Сауроново Око» в созвездии Гончих Псов.

Как пишет «The Daily Mail» телескопы американского космического агентства «НАСА» запечатлели на окраине вселенной гигантский злобный глаз, который похож на «Сауроново Око» из «Властелина колец». Для астрономов эта область представляет особый интерес, которая на самом деле является спиральной галактикой NGC 4151.

Эта галактика находится в 43 млн. световых годах от нашей планеты в созвездии Гончих Псов и является одним из наиболее ярких космических объектов во вселенной. Сходство со злобным толкиеновским персонажем ей придает рентгеновское излучение желто-сине-красного спектра. Как считают ученые, в самом центре NGC 4151 расположена черная дыра, которая считается наиболее близкой к Земле.

«Зрачок» «ока» на фотоснимках образован благодаря рентгеновским данным с космической обсерватории «Чандра». Нейтральный водород отмечен красным оттенком. Его зарегистрировали радиотелескопы «Very Large Array», а излучение положительно заряженного водорода отмечено желтым оттенком. Он был зафиксирован метровым оптическим телескопом «JKT», который находится на Канарских островах.

Причиной рентгеновского излучения «Сауронова Ока» у ученых возникли две наиболее вероятные теории. Первая – расположенная в центре галактики черная дыра, приблизительно 25 тысяч лет назад, гораздо быстрее развивалась, нежели сейчас. Как результат, идущее от поглощенных ею частиц излучение, было настолько ярким, что из оболочек атомов газа, которые попадались ему на пути, вырывало электроны. В итоге они начали излучать свечение, зафиксированное «Чандрой». Вторая версия предполагает, что подобное «светопреставление» образовано энергетическим потоком, который в процессе поглощения черной дырой освобождает материал, находящийся вблизи от него.

Фотоснимки, которые были получены, предоставляют прекрасный шанс ученым начать изучение взаимодействия между черной дырой огромной массы и газа, который ее окружает.

Часть 1

— 28.12.11 14:06 —

ЛЕКТОР: Харальд Свердруп

ФОТО: Thinkstock/Fotobank.ru

Мы должны сделать линейный мир циклическим

О том, что золотой век на исходе и человеческая история достигла периода, когда можно уловить проблески заката современной технологической цивилизации, в лекции для «Газеты.Ru» рассказывает системный аналитик Харальд Свердруп, профессор химии и инжиниринга университета Люнд (Швеция), исследователь пика производства полезных ископаемых и один из инициаторов европейской программы по сохранению леса.

Харальд Свердруп
Профессор химии и инжиниринга университета Люнд (Швеция)

Человеческая история достигла периода, когда можно уловить проблески того, что может представлять собой закат современной технологической цивилизации, если в ближайшие четыре десятилетия настоящий ход событий не претерпит существенных изменений. В пророках, предрекающих конец света, никогда не было недостатка. Однако представленные в настоящей лекции мрачные оценки истощения ресурсов основаны на научных расчётах, опирающихся на надёжную базу полевых данных. История знает несколько предупреждений о грядущем конце цивилизации, однако они до сих пор оставались без внимания, меры не принимались.

В своей лекции я представлю несколько серьёзных проблем в плане научных исследований, которыми следует заняться. Я покажу, что ряд металлов, элементов и энергетических ресурсов окажутся в дефиците в течение ближайших десятилетий, а за несколько столетий это произойдёт с большинством элементов. Следует преобразовать научные результаты в политические курсы на экологическую устойчивость и заставить общество понять причины и необходимость последовательного осуществления соответствующих мер. Мой анализ опирается на более ранние исследования нашей группы, а также на исследования других пионеров в этой области по оценке устойчивости, основанной на балансе масс в экосистемах.

Модель мира

Мной и моей коллегой Кристиной Вала Рагнарсдоттир (Университет Исландии, Рейкьявик) составлена новая системная модель мира, чтобы проанализировать дефицит ресурсов как продолжение модели «Пределы роста». Мы показали, что он приведёт к пиковому положению в области благосостояния, населения, издержек, мусора, проблем и, возможно, к пику цивилизации, если во всём мире не будут систематически приняты определённые неотложные меры.

Дефицит означает, что материалы, которые лежат в основе современного общества, во многом будут недоступны для глобального массового производства товаров. Объёмы материалов, которые можно получить из ископаемых запасов, снизятся по сравнению с сегодняшним значением, и все виды сырья резко вырастут в цене. Таким образом, в будущем ситуация с поставками ресурсов будет неустойчивой, если ресурсы будут использоваться так, как это делается сегодня.

Превращение работы в деньги, преобразование ресурсов и обширные займы у будущего заставляют опасаться, что пик нефтедобычи и добычи других видов сырья может привести к пику благосостояния и концу золотого века, в котором живут развитые страны.

В области политики мы рекомендуем правительствам серьёзно отнестись к вопросу и немедленно начать подготовку законов, которые смогут замкнуть сырьевые циклы, оптимизировать использование энергии и минимизировать все виды необратимых потерь в кратчайшие сроки. Нужны мощные программы, пропагандирующие обширную переработку вторсырья, а также особая забота о замыкании производственных колец и снижении необратимых потерь. Научно-исследовательская работа в этой области должна основываться на системном мышлении, необходимы согласованные усилия в глобальном масштабе.

Общие определения

В этой лекции используются некоторые термины, которым следует дать определение уже в начале.

Коллапс. Общество коллапсирует, если оно обнаруживает быструю, значительную потерю достигнутого уровня социально-политической сложности (будь то империя или вождество). Диагностические признаки развивающегося коллапса — систематический рост социальной стратификации, падение уровня взаимосвязанности правительственных организаций, сужение глобальных сетей в обществе, снижение уровня профессиональной специализации, снижение уровня сложности образования и начальные признаки местного сепаратизма. Особые случаи — несостоятельные государства, такие как Сомали, Пакистан и Конго; для них характерны полный распад общества с остановкой всей скоординированной организованной деятельности по общегосударственным вопросам, потеря бухгалтерской отчётности, отсутствие правоохранительных органов и законности, дезорганизация товарных потоков и повсеместная коррупция.

Конвергенция и сокращение. Термин был создан изначально для описания сокращения использования ископаемого топлива, необходимого для смягчения климатических изменений. Тем не менее он стал значить нечто большее в контексте европейской научно-исследовательской сети по разработке идеи устойчивого общества, называющейся www.convergeproject.org, а также расширил свой охват, включив все измерения устойчивости: природу, экономику, общество, благополучие людей. Теперь он затрагивает такие вопросы, как экологический отпечаток, условия системы естественных шагов, критические нагрузки, устойчивые уровни численности населения, сокращение всех потребностей человеческого общества в ресурсах с целью остаться в рамках возможностей планеты, а также сокращение в сторону решений с низкой ресурсоёмкостью и переход на круговое использование большой доли ресурсов. Первоначально речь шла о конвергенции в развивающихся странах и сокращении в развитых странах. В случае многих ресурсов не исключено, что все должны заняться сокращением и конвергированием отходов, причём одни страны должны сократить свои потребности сильнее, чем другие.

Системное мышление, системный анализ и системная динамика — это искусство видеть всю систему в рамках изучаемого вопроса или проблемы, не обращая внимания на искусственные дисциплинарные границы, введённые людьми для создания академических иерархий и разграничения территорий доминирования и общественного признания. Акцент делается на отображении причинно-следственных связей и причинных цепей и на выявлении кольцевых цепей, рождающих циклы обратной связи. Два соответствующих типа диаграмм называются диаграммами причинности и диаграммами процессов. Они отражают систему согласно строгим логическим правилам для выявления её динамических свойств. Системное мышление тесно связано с адаптивным управлением и сетями адаптивного обучения, важной особенностью которого предполагается использование групповой работы для формирования общего понимания и общего системного взгляда на собственность.

Устойчивость и общество с ограниченной устойчивостью. Это означает, что функционирование общества или вид деятельности принимают такие формы, при которых могут продолжаться практически вечно, не разрушая свои условия существования.

Это состояние в корне отлично от устойчивого развития (здесь, впрочем, нужно тщательно сформулировать определение того, что есть развитие на самом деле) и устойчивого роста (разумного понятия о котором в долгосрочной перспективе не существует).

Вещественные балансы задают жёсткие термодинамические ограничения для использования конечных ресурсов (энергоносителей, металлов, конструкционных материалов, волокон, даже пищи — через фосфор и азот). Только ресурсы, в которые встроена функция регенерации, можно использовать вечно. Ограничения устанавливаются также социальными системами, они касаются целостности и безопасности личности, межличностного доверия, прозрачности и степени демократичности. Всё это отличается от «устойчивого развития», которое иногда включает вечный экономический или объёмный рост, невозможный на ограниченной Земле и, следовательно, очень неустойчивый.

Состояние покоя — такое состояние системы, в окрестности которого может стабилизироваться динамическая система. Система окружена «коконом» стабильности, состояние которого может немного измениться под воздействием возмущений, но будет возвращаться на уровень состояния покоя. Коллапс или изменение государственного строя подразумевают, что система испытала такой сильный удар, что «выпала» из «кокона стабильности». Есть опасения, что климат Земли имеет свойства такой метастабильной системы, и наблюдаются признаки того, что устойчивых климатических состояний два: одно — тёплое и влажное, другое — холодное и сухое. Мы в настоящее время находимся в холодном и сухом состоянии покоя, переходном между периодами оледенений и относительно мягкими межледниковыми периодами. Динозавры жили в «тёплый» период без всяких оледенений около 60 миллионов лет назад.

Долгосрочная перспектива. На языке устойчивости и в масштабах времени жизни природных систем кратким сроком называется любой промежуток меньше, чем 200—300 лет. Среднесрочная перспектива находится в диапазоне 200—1000 лет, а долгосрочная — более чем 1000 лет. Период устойчивости — от 5 до 10 тысяч лет.

Время наступления дефицита — время, необходимое, чтобы достичь уровня, на котором наличные ресурсы обеспечивают едва 10% пикового производства.

Золотой век — эпоха, в которой прожили последние 50 лет развитые страны, где ограниченность ресурсов никогда не была проблемой. В ближайшие 5 лет это понятие может в значительной степени быть заменено понятием «мир ограничений».

Экспоненциальный рост означает, что в каждый временной интервал прибавляется доля уже имеющейся величины. При пропорциональном росте с постоянной скоростью всё, что растёт, в конце концов взорвётся, в том числе мир. Экспоненциальные системы удваиваются в размере с растущей скоростью.

EROI означает energy return on investment, энергетическую рентабельность инвестиций, то есть то, сколько энергии нужно вложить, чтобы получить одну единицу энергии на выходе. Если получаемая энергия меньше вложенной, следует прекратить добычу. MROI означает material return on investment, материальную рентабельность инвестиций, то есть то, сколько материала следует вложить, чтобы получить одну единицу продукции на выходе. Если получено меньше материала, чем потребовалось вложить, следует прекратить добычу. EMROI — комбинация EROI и MROI для одного и того же вида деятельности.

Методы анализа

Мы использовали методы трёх различных типов для оценки временного горизонта сырьевого или металлического ресурса, которые я опущу для краткости, отослав интересующихся к соответствующим статьям (см. 1, 2).

Также мы проанализировали такой аспект добычи всех природных ресурсов и уборки урожая, как чистая энергетическая рентабельность инвестиций (ЕROI), чистая материальная рентабельность инвестиций (MROI) или их объединение (EMROI). Все это означает, что, когда в добычу сырья или сбор урожая вложены энергия, материалы либо то и другое, нельзя потратить больше сил или материалов, чем будет получено, если мы не хотим получить в конечном итоге полностью отрицательный баланс. Среди примеров тому добыча битуминозных песков в канадской провинции Альберта или бурого угля в Германии, в которую приходится вкладывать много энергии и материалов, тогда как результат разработок иногда может покрыть материальные и энергетические затраты, но часто остаётся на уровне чистого дефицита.

В ходе обсуждения с коллегами приходится слышать замечания типа: «Мы добудем это всё из морской воды, в ней всего много, новая технология решит задачу…» Технически фосфор можно добывать из морской воды, однако в масштабе общественной потребности в фосфоре задача сводится к непомерно высокой энергетической стоимости одной добытой единицы фосфора и к необходимости огромных материальных затрат. Такие замечания не учитывают энергетические затраты на добычу материалов, содержание которых сверхнизкое.

Если не будут найдены очень большие новые энергетические ресурсы, преодолеть термодинамические барьеры не удастся.

То же самое относится к разработке многих месторождений ресурсов ультранизкого качества на суше или в море. Инвестиции могут дать отрицательную энергетическую и материальную отдачу. Именно поэтому алюминий не получают из твёрдого гранита, хотя всего алюминия в граните содержится больше, чем мы когда-либо сможем потребить. Но его получение потребует неоправданных затрат энергии, воды и химических веществ, поэтому алюминий больше не будет дешёвым металлом.

Когда уйдёт в прошлое дешёвая и обильная нефть, составляющая богатство текущего золотого века, энергетическая рентабельность инвестиций (ЕROI), или материальная рентабельность инвестиций (MROI), или оба этих параметра будут отрицательными, вследствие чего приложение больших усилий для получения энергии и материалов станет неустойчивым.

Без газа, нефти и угля общество больше не сможет работать над многими своими задачами, они окажутся вне досягаемости.

Показатели многих проектов сегодня приближаются к отрицательному значению EROI (поставляемая энергия/потребляемая энергия). Это главная причина невозможности добычи из морской воды золота или фосфора: по законам термодинамики выгода не покроет издержек после того, как содержание ресурса в воде опустится ниже определенного предела. Это голая термодинамика, и неизвестны никакие риторические доводы, которые могли бы её превозмочь.

Если позволить запасам ресурсов истощиться до уровня дефицита, в будущем значение EROI при их добыче станет отрицательным, что означает поражение в экономической игре.

В процессе создания роста ВВП доступные резервы ресурсов истощаются, уничтожая базу для роста. По мере роста цен на ресурс и истощения его источников требуется всё больше и больше капитала для получения ресурса, меньше капитала вкладывается в будущий рост. В результате инвестиции не могут угнаться за амортизацией, и промышленная база разрушается, унося с собой сферы услуг и сельскохозяйственного производства, попавшие в зависимость от развития промышленности.

Таким образом, перед нынешними гражданами Земли встают крупные этические вопросы, касающиеся его отношения к будущим поколениям.

Результаты

Результаты исследования представляют собой ряд диаграмм причинности, важных для интерпретации и понимания динамики добычи сырья и устойчивого использования природных ресурсов. Результаты являются итогами расчётов, объединённых с плодами синтетического понимания систем. Расчётные результаты основаны на оценках трёх типов: время выгорания, фитирование кривой Хабберта для вычисления времени наступления дефицита и использование результатов более ранних оценок по модели динамики систем, разработанной авторами.

Мы сгруппировали металлы в несколько категорий в зависимости от их значения и роли в обществе (конструкционные, стратегические, финансовые и связанные с энергетикой). Стратегический финансовый металл — золото, стратегические металлы платиновой группы, серебро, классифицируемые как драгоценные металлы, мы оцениваем отдельно. Мы рассматриваем в одной группе стратегические металлы (лантаноиды и индий), инфраструктурные металлы (железо, алюминий, цинк и медь), специально рассматриваются по отдельности фосфор и ископаемые углеродориентированные энергетические субстраты. Нефть, газ и уголь мы объединили в группу углеводородов.

Так, полученные данные позволяют предположить, что пик золота уже миновал в 2000 году. Время наступления дефицита золота — около 2070 года. Мы адаптировали четыре различные кривые Хабберта для существующих данных по золоту, постулировав, что в будущем будут потреблены его высококачественные и низкокачественные запасы, но часть запасов ультранизкого качества останутся нетронутыми из-за ограниченной денежной отдачи по инвестициям.

Железо в изобилии встречается на Земле, но лишь часть его пригодна для добычи с разумными затратами. Первый пик производства железа произойдёт в 2030 году, вероятно, вторичный пик может произойти в 2060-м как ответ на повышение цен, переработку и последствия вероятной глобальной рецессии. После этого железо станет дефицитным ресурсом, если только не увеличится значительно доля переработки. Железо не закончится полностью, но после 2060 г. оно будет ценным металлом, его сегодняшние потери будут казаться очень расточительными.

Наступление дефицита железа приведёт к очень серьезной ситуации, последствия которой трудно предугадать.

Параметры кривой по хрому определены, и мы можем сказать, что пиковое время tmax = 2049 год, а общий резерв составляет примерно 1,9 млрд тонн. Эта цифра выводится из формы кривой, основанной на имеющихся данных о производстве в течение времени.Согласно нашим расчетам, пики никеля и молибдена произойдут в то же время, что и пик хрома, tmax = 2050 год.

Фосфор

Фосфор — одно из немногих незаменимых веществ; это значит, что потенциально цена на него может расти без видимого предела, если его недостаточно. Фосфор — важный элемент всех живых организмов, отсутствие фосфора эквивалентно отсутствию пищи. Как видно, данные позволяют предположить, что пик фосфора уже миновал в 1997—2000 гг. Тогда, возможно, была извлечена половина запасов. Время наступления дефицита для фосфора возможно в двух критических позициях (в 2040-м и 2190-м) и в третьей где-то после 2440-го, если только население планеты не уменьшится значительно к тому времени. Поиски запасов фосфора достигли максимума в 1945 году, к тому времени были обнаружены 50% запасов. По оценкам, величина запаса фосфора находится в пределах от 12 до 65 млрд т. Недавно Геологическая служба США (USGS) сообщила о значительном увеличении масштабов марокканских месторождений — до 51 млрд т фосфоритов. Если это правда, то проблема дефицита фосфора отодвигается примерно на 50 лет, но никак не решается, как показала наша динамическая оценка систем, когда новую величину включили в сценарный анализ. Следует дождаться подтверждения этого сообщения и оценить также, какая доля запасов может быть восстановлена при условии разумной рентабельности вложенных энергии и материалов.

Некоторые другие ресурсы: рыба и леса

Мировое производство рыбы вышло на пик в 2002—2003 гг.. В 2060 году улов упадёт до 10% от максимального, а рыбой будут питаться только богачи. Когда-то в океанах было 6,4 млрд т промысловой рыбы, теперь её примерно 2,2 млрд т, или около 33% первоначального запаса. Эти данные показывают, что существующие национальные и международные стратегии рыбной ловли весьма неудачны и что отказ от признания этого факта имеет катастрофические последствия для мировых запасов рыбы.

Ресурсы, от природы регенерирующие, также могут оказаться в ситуации стремительного извлечения, если уровень их добычи значительно превышает естественную или управляемую скорость возобновления.
Это особенно ясно видно в области лесного хозяйства, где делаются серьёзные попытки ограничить долгосрочную добычу леса пределами естественной регенерации. Такой пример даёт Швеция, где леса могут поставлять ежегодно около 80—90 миллионов кубометров круглых лесоматериалов в год; в основе этого лежит устойчивая поддержка плодородия почв и устойчивое управление землями.

В этом секторе до сих пор идёт борьба за власть, и многие до сих пор отказываются признать, что лесная система может быть уничтожена в результате чрезмерной эксплуатации. Из-за богатства своих лесных ресурсов Швеция и Финляндия — очень удачливые страны, и мы делаем вывод, что при устойчивом управлении их леса, возможно, способны быть устойчивыми всегда.

Анализ состояния мира
 

Базовый анализ имеющихся на Земле систем поставки ресурсов отражён на диаграмме причинности на рис. 1. Видно, что с ростом населения потребление ресурсов увеличивается, что, в свою очередь, вызывает рост производства. Выбросы и отходы, образующиеся в результате как производства, так и потребления, ведут к деградации окружающей среды. Ускоренная экологическая деградация вынуждает общество предпринять необходимые действия в сфере политики. Рост потребления и рост населения — два основных фактора увеличения запросов мира. Прирост населения управляет потреблением, истощает рынки, вызывает рост цен и увеличение поставок продукции на рынок. Это ведёт к дальнейшему росту потребления, а также росту использования ресурсов. Увеличение доли добычи ресурсов и связанное с ним умножение отходов ведет к дегенерации окружающей среды.
 

Переработка представляет собой способ увеличить количество материала в производственном цикле, не истощая при этом запасы ресурсов.
В начале 1950-х годов первой реакцией на повышенную озабоченность ухудшением состояния окружающей среды стали меры по борьбе с её загрязнением стоками. Вместо сбрасывания промышленных сточных вод непосредственно в реки их направили в очистные сооружения, а вместо выбрасывания опасных газообразных отходов в атмосферу также построили перерабатывающие заводы.

В начале 1990-х была осознана экономическая ценность природных ресурсов и отходов, были введены методы очищения производства и предотвращения загрязнения окружающей среды, чтобы увеличить эффективность производственных процессов и уменьшить использование природных ресурсов, при котором образуются отходы и вредные газы выбрасываются в атмосферу. В последнее десятилетие основное внимание уделялось вопросам устойчивого потребления и поведения производства.
 

Теперь следует спросить, как можно изменить наш образ жизни для уменьшения спроса на товары и как потреблять меньше.

В конечном итоге эти изменения могут снизить чрезмерное потребление ресурсов во всём мире, в результате чего замедлится ухудшение состояния окружающей среды и мир встанет на путь к устойчивости. Как видно из диаграммы причинности на рис. 1, основную причину нынешней ускоряющейся экологической деградации и предстоящего истощения ресурсов можно связать с ростом мирового населения. Из диаграммы видно также, что существует необходимость перехода к политике стабилизации населения, а с ней — к стабилизации потребления и к политике в области производства, нацеленной на снижение мирового населения в будущем и сокращение спроса на ресурсы. Таким образом, потребуется проводить политику устойчивости в сфере потребления ресурсов, учитывающую размеры мирового населения, как одну из мер, нацеленных на то, чтобы общее использование ресурсов не превышало возможностей планеты. Представляется, что глобальное сокращение населения в течение нашего столетия должно планироваться так, как было предложено ещё в XVIII веке Мальтюсом.

Сокращение означает сведение к минимуму потребления на душу населения и числа потребляемых ресурсов, если мы допускаем, что доступ к ресурсам равно открыт населению всего мира. На рис. 2 показано, как в 1900—2010 гг. чрезвычайно возросла добыча металла и других полезных ископаемых в шахтах мира. Ось Y на этом рисунке имеет логарифмический масштаб, поэтому прямая линия означает экспоненциальный рост объема. В конечном мире вечный экспоненциальный рост невозможен.

Конвергенция и сокращение в сфере материалов

Некоторые исследователи и лидеры общества любят считать энергетические и материальные ресурсы бесконечными и неограниченными и отрицают перспективы ограничений в будущем, открыто заявляя, что надеются на некое ещё не открытое технологическое чудо, которое решит все проблемы дефицита.

Это пассивное отношение к планированию устойчивого будущего опасно; есть много примеров того, как такие подходы провалились в прошлом, некоторые из них закончились плохо.

Необходима комплексная оценка по всем основным компонентам в долгосрочной перспективе, а работы Форрестера (1971) и группы Медоуза (1972, 1992, 2005) — первые исследования, которые подошли ближе всего к достижению этой цели. В обществе будущего локальный экономический рост будет и будет необходим. Торговля и системы налогообложения — нормальные системы перераспределения благ в обществе помимо распределения по факту работы и по личной эффективности. Нормальная модель общества — общество солидарности, где те, у кого есть средства, принимают на себя часть бремени тех, у кого средств меньше. На уровне стран это становится более проблематичным действием потому, что это системы более сложные и взаимосвязанные, и потому, что социальные нормы и стандарты бывают различны.

Для принципов сокращения и конвергенции особенно трудную задачу представляет собой систематическая коррупция, которая может пустить под откос процесс перераспределения и обойти демократически принятые решения.

Анализ использования ресурсов и благосостояния

Основной принцип, лежащий в основе необходимости конвергенции и сокращения, иллюстрируется рис. 3.
 

На рисунке представлен в виде диаграммы причинности основной двигатель экономического роста в обществе. Буквами R обозначены усиливающие связи (reinforcing loops), буквами B — стабилизирующие. На диаграмме причинности процветание и благосостояние зависят от наличия ресурсов, но во время роста ресурсы потребляются. Выбрасывание отходов и загрязнение окружающей среды приводят к снижению регенеративной мощности.

В случае многих металлов и других элементов, добываемых из земной коры и на поверхности Земли, регенеративный потенциал почти несуществен для большинства практических целей. Регенеративная функция важна и представлена усиливающей связью в системе (R4). Устойчиво управляемые рыбный промысел или лесохозяйственные работы действуют так же и в принципе могут поставлять сырьё вечно. Понятие роста, как правило, определяется как увеличение общего объёма сделок (ВВП) и, как правило, не связано напрямую с качеством жизни. Процветание и благосостояние коррелируют лучше, поэтому именно они используются в данной работе. Использование ресурсов — причина появления отходов и загрязнения, которые, в свою очередь, могут нарушить регенеративные функции в разгар их работы. Естественные системы, такие как леса и рыбные запасы, обычно имеют регенеративные функции. Благосостояние создаётся из ресурсов и работы и повышается благодаря образованию и конвергенции качества. R1—R5 — усиливающие связи, B1—B4 — стабилизирующие. В начале эксплуатации конкретного ресурса связи R1, R2, R3 доминируют, налицо экспоненциальный рост. Его ограничат связи B1, B2 и B3, если скорость R4 не будет чрезмерной. Если R4 будет расти существенными темпами, система сведётся к схеме горной разработки с конечным запасом. Так в настоящее время обстоит дело с океаническим рыболовством и вырубкой тропических лесов. В природе только системы, обладающие регенеративной функцией, способны выжить как часть того, что устойчиво в экосистеме. В начале эксплуатации ресурса связи R1, R2, R3 доминируют, наблюдается экспоненциальный рост. Позже, когда запасы истощаются, будет доминировать связь R1, В1 и В2 будут её ограничивать, но её будет поддерживать связь R3, если переработка останется на значимом уровне.

Благодаря утилизации не появляется новых ресурсов, но переработка может значительно уменьшить безвозвратные потери и значительно продлить жизнь имеющихся запасов.

Общество, в основе которого лежит собственно материальный рост, не может быть устойчивым вечно, этот факт основан на термодинамике и математике.
Однако ресурсы можно получать не только из ограниченных запасов, но, как мы видели ранее, и путём переработки тех ресурсов, которые уже используются системами. Переработка в настоящее время слишком сильно зависит от рыночной цены товара, и, следовательно, её доля увеличится только тогда, когда ресурса станет мало.

Эксплуатация посредством разработки заполняет рынок, пока ресурс есть. Использование ресурсов истощает рынок, и, когда истощаются источники исходного сырья, утилизация отходов остаётся единственным средством пополнить запасы в обществе. В то же время её следует проводить как можно более эффективно, чтобы объём невозвратимых потерь оставался низким. Дефицит на рынке вызывает рост цен, который стимулирует переработку, уменьшающую, в свою очередь, количество отходов. Но когда поставки переработанного материала достигают рынка, цены могут упасть.

Первоначально процесс управляется ростом добычи ресурса, что вызывает экспоненциальное поведение. Когда запас ресурса начинает истощаться, дальнейший экспоненциальный рост невозможен, получается «пиковое» поведение и в конце концов когда ресурсная база истощена, система приходит в упадок.

Азы создания благосостояния в обществе связаны с добычей нефти, фосфора и металлов и с вкладом производительной работы. Нефть, уголь, металлы, запасы сырья и фосфоритов — конечные ресурсы и могут быть добыты полностью.

В долгосрочной перспективе только возобновляемые ресурсы могут существовать вечно.
Это постулирует наличие «пикового» компонента в производстве богатства. Процветание и благополучие человека и семьи — то, что люди хотят получить от использования ресурсов, управляемого экономическим ростом, но рост объёма добычи ресурсов не обязательно является условием процветания. Подлинное богатство может быть создано только тремя способами:

1. Преобразование природных ресурсов во блага;
2. Преобразование социальных ресурсов во блага;
3. Работа, инновации и интеллектуальные достижения.

Богатство можно также привлечь, одолжив у будущего. При этом, однако, не создаётся богатство, а делаются ставки на возможность того, что богатство появится в будущем вовремя, чтобы покрыть займы. В устойчивом обществе богатство и его создание важны, а монетизация должна быть совместима с созданным богатством. Сегодня монетизация подвержена манипуляциям, что вызывает инфляцию и мнимое богатство.

В обществе будущего экономический рост будет и будет необходим. То же относится и к другим дисбалансам в обществе, где честный раздел предполагает перераспределение богатства. Системы торговли и налогообложения — нормальные системы перераспределения в обществе, помимо распределения богатства, созданного благодаря работе и личной эффективности.

Нормальная модель общества подразумевает права, солидарность и обязанности, вследствие чего те, у кого есть средства, принимают на себя часть бремени тех, у кого средств меньше. На уровне стран это становится более проблематичным действием, потому что это системы более сложные и взаимосвязанные и потому, что социальные нормы и стандарты бывают различны.

В принципах сокращения и конвергенции особенно трудную задачу представляет собой систематическая коррупция, которая может пустить под откос процесс перераспределения при помощи подкупа, непрозрачных действий и обхода демократически принятых решений.
Локальный рост необходим в социально ориентированной экономике, чтобы обеспечить создание новых предприятий, поддерживающих необходимую эволюцию бизнес-структур, инноваций, продуктов и услуг. Невозможен чистый долгосрочный рост всей системы за рамки ресурсных ограничений, так как в долгосрочной перспективе он превысит ограничения устойчивости, основанные на балансе масс. Следует растить небольшие бизнесы, но убивать без жалости те, которые окаменели или стали слишком большими.

Исторический опыт неустойчивости: как строятся и рушатся страны

Тейнтер (1988, 1996) начинает анализ стабильности государств с определения коллапса как ситуации, когда империя, нация, вождество или племя переживает «значительную потерю достигнутого уровня социально-политической сложности», проявляющуюся в упадке вертикальной стратификации, снижении уровня профессиональной специализации, ослаблении централизации, уменьшении объёма информационных и торговых потоков, падении уровня грамотности, снижении уровня художественных достижений, территориальном сокращении и уменьшении инвестиций в «эпифеномены цивилизации» (дворцы, зернохранилища, храмы и т. д.).
Ресурсы римлян иссякли, когда старые ресурсы истощились, а новые территории уже не могли пополнить запасы, или когда остановилась экспансия. Ресурсы приводят к появлению богатства, как следствие, становится больше людей, в результате это может увеличить военную мощь. Растут территория и ресурсная база государства. Приобретение новых территорий предполагает, что та же самая армия должна удерживать больше земель, таким образом, армия становится более слабой и рассредоточивается.

Богатство получается из ресурсов вновь приобретённых территорий, поэтому они приходят в упадок. Пик ресурсов для Римской империи наступил при императоре Августе в 14 г. н. э., пик имперского богатства, видимо, имел место около 120 г. н. э., расходы империи достигли пика в 270 г. н. э., Западная Римская империя погибла столетием позже. В 410 г. н. э. Рим был разграблен вестготами и их царём Аларихом, римская экономика была разрушена. Формально Западная империя просуществовала ещё 60 лет, но не в реальности.

Восточная Римская империя пережила возрождение богатства, её доход достиг пика при Юстиниане в 600 г. н. э., пик государственных издержек наступил спустя примерно полвека. Государственные доходы и расходы Восточной империи (Византии) достигли пика вторично около 1000 г. н. э. Коллапс был ускорен разграблением Константинополя в 1204 году н. э. участниками четвёртого крестового похода.

Для Западной Римской империи период между пиком ресурсов и пиком богатства, видимо, пришёлся примерно на 100—200 гг. н. э., а между пиком богатства и пиком издержек, вероятно, прошло 100—200 лет. Мы предполагаем, что время максимальных государственных затрат совпадает со временем, когда армия имела максимальный размер (400 г. н. э.).

Таким образом, коллапс начался через 400 лет после пика ресурсов.
Впоследствии Рим так и не возродился по-настоящему, поскольку ресурсной базы для восстановления больше не было. Падение Римской империи стало предметом многочисленных дискуссий, начиная с работы Гиббона «Взлёт и падение Римской империи», в которой автор предполагает, что упадок государства вызван прогрессирующей моральной неадекватностью, вызванной введением христианства и ростом упадочности и коррупции. Позже высказывались предположения, что это был ресурсный коллапс или системный коллапс сложной организации.

Когда сложные системы выпадают из «кокона» стабильной работы, структурный коллапс сложной организации может быть катастрофическим для структуры и её уровня сложности. По мере того как Римская империя развивалась и росла в размерах (имеется в виду рост и территорий, и численности населения), были разработаны государственная и общественная организация всё возрастающей сложности. Все больше и больше сложных структур, таких как канализационные системы, системы водоснабжения, в том числе сложные трубопроводы в городах, акведуки, плотины и цистерны, сдерживающие напор воды, дороги, организации для строительства дорог, субпоставщики материалов, организация технического обслуживания, государственные учреждения, офисы для тех и других и т. д.

Но сложные структуры в составе сложных организаций, такие как дороги, каналы и служба коммуникаций внутри растущей империи, нуждались в координирующей организации, решающей комплексные задачи. В их число входят физическое наличие инфраструктуры, организационные структуры для торговли, безопасность, финансы и образование, личные связи между организациями и людьми. Всё это нуждалось в обслуживании, представлявшем собой замену ключевых людей через регулярные промежутки времен при обеспечении их надлежащей подготовкой, образованием и т. д.

Отставание в обслуживании внутри системы накапливается из-за упадочных задержек, а также накапливается задержка обнаружения возросшей потребности в обслуживании. В зависимости от структуры величина задержек может варьироваться от несколько лет до 100 лет для крупных, хорошо выстроенных проектов. Отставание этих «эксплуатационных расходов» в конечном итоге затронет инфраструктуру и в период после крупного расширения инфраструктуры может стать достаточно большим, чтобы стоимость содержания структуры превысила имеющийся доход. Это подорвёт всю экономику. Если расхождение между выделяемой и требующейся суммами будет слишком большим, возможны недостаток обслуживания и потенциальный коллапс структур.

Золотой век Рима, как определили его классические авторы, на самом деле пришёлся на период сразу после пика ресурсов.
Это иллюстрирует тезис, что пик богатства приходит несколько десятилетий (30—100 лет) спустя после пика ресурсов. Такой род коллапса свойствен не только Римской империи, он присущ многим сложным обществам. К ним относятся микенская Греция с сильной центральной властью, дворцовоориентированные царства с письменностью, греческие города-государства (Афины), китайские империи, Персидская империя, минойское государство, а также позднейшие государства — Британская империя, советская империя, американская империя.

Глобальные соображения

Недавний глобальный экономический кризис и продолжающийся до сих пор глобальный долговой кризис представляют собой такой системный кризис, в условиях которого мы находимся сейчас в последней стадии перед системным коллапсом. Большие дефициты накопились во многих государствах современного западного мира, их временно компенсировали за счет займов под залог активов внутри системы. Когда эти кредиты превысят величину залогов, в системе уже не будет внутренних запасов ресурсов и система потеряет финансовую устойчивость.

Это означает, что нет больше денег на необходимые изменения, которые потребуются, чтобы выйти из проблемной ситуации. Рис. 4 показывает, что пик нефтедобычи пришёлся на 2008—2010 годы. Другие, более подробные исследования с использованием многоцикловой модели Хабберта подтверждают эту картину. Кривая мировой добычи нефти была построена институтом Ассоциации по исследованию пика нефти и газа (ASPO) в 2009 году, в частности, этот рисунок был получен с её сайта в 2011 году. Мировая добыча нефти очень хорошо повторяет форму кривой Хабберта, как и итоговое глобальное производство богатства. Когда это произойдёт в глобальном масштабе, не останется никаких дополнительных глобальных резервов ресурса. Тогда, возможно, будет очень трудно уйти от масштабного системного коллапса.

Авторы данной работы считают, что есть признаки того, что это на самом деле происходит прямо сейчас.
Ископаемые углеводороды не подлежат переработке, но получаемая из них энергия может быть частично переработана после определённых видов использования посредством теплообмена, если это достаточно ценно. Пик добычи углеводородов Норвегией пришёлся на 2002—2003 годы, пик доходов Норвегии, связанных с нефтью, по прогнозам, должен прийтись на 2012—2014 годы. Тем не менее, когда нефть поставлялась на рынок в избытке, цена была низкой, нефть стоила намного ниже реальной стоимости. Таким образом, в эти годы нефть расходовали, но мало думали о том, как сэкономить её, и о том, справедливую ли цену за неё получают: для Норвегии есть 30-летний разрыв между пиком ресурсов и пиком богатства.

Глобальный нефтяной пик, вероятно, миновал в 2007—2008 годах, так что он уже позади. Если те же принципы, что действовали для Римской или Британской империи, применять ко всему миру, то пик мирового богатства должен произойти около 30 лет спустя, в 2037—2040 годах.
Норвегия сохранила большую часть этого ресурса как капитал в специальном «нефтяном» фонде (около 70% государственного дохода от нефтяных месторождений), но теперь правительству необходимо подумать о том, что монетным ресурсом следует управлять наилучшим способом для получения обществом в будущем долгосрочной выгоды. Мир ограничений, похоже, настигает нас всех.

Уголь

Уголь является более изобильным, чем нефть, но и ограниченным ресурсом с низкой скоростью регенерации. В прошлом большинство залежей высокосортного угля было выбрано, а оставшиеся запасы низкосортны. Четыре раза добыча угля достигала пика в периоды экономического роста. В 1992 году были сожжены около 50% запасов угля США (это год статистического пика), однако форма кривой в это время не содержит очевидного пика.

Пиковые годы приурочены нашим анализом к следующим датам: tmax = 1928, 1955, 1980, 2020. Этот ряд данных охватывает несколько крупных периодов роста бизнеса, экономический период, который длился с 1900 года и завершился финансовым кризисом 1929 года, экономический бум после Второй мировой войны, который перестроил Европу и завершился в 1955 году, современный экономический бум, который завершился в 1980 году, и последний бум, который будет основан на использовании угля в качестве основного источника энергии и завершится в 2020 году.

Затем известные сегодня запасы угля будут в основном потреблены. Они будут включать в себя все известные и прогнозируемые запасы угля в Соединённых Штатах. Заметная S-образная форма кривой разведки позволяет предполагать, что напрасно было бы надеяться на сенсационные открытия новых больших угольных месторождений в США.

В ходе добычи угля в 2011 году было извлечено 35% всего извлекаемого угля в мире, а к 2150 году мировые запасы угля будут исчерпаны для нужд массового производства.

Мировое производства угля и его запасы описываются очень похожей моделью, общие запасы оцениваются в 710 миллиардов тонн, пиковый год — 2035-й.

Анализ показывает систематические задержки между пиком открытия запасов и пиком производства при средней задержке в 50 лет между пиком открытия и пиком производства. Кривая Хабберта была верифицирована для ряда ископаемых ресурсов (уголь, нефть, газ, фосфориты, золото, а также рыболовство), и данные подтвердили, что с её помощью данные прошлого реконструируются с хорошей точностью. Таким образом, эта идея поддаётся проверке.

В случае глобальных энергетических ресурсов основная масса энергии поступает из ископаемых источников, в основном это нефть, уголь, газ и ядерное топливо (уран). Возобновляемые природные источники большого масштаба — это прежде всего энергия воды, но локально применяются также дрова и изредка ветер и прямое преобразование солнечной энергии в тепло или электроэнергию.

Роль свободного рынка

Как видно из системного анализа и динамических шагов, предпринятых для этого исследования, рынок сам по себе не может заставить использование ограниченных ресурсов стать устойчивым во времени. Причина в том, что рынок по своей функции и природе оппортунистичен, у него нет памяти и нет видения будущего.
В лучшем случае рынок осуществляет только частичную оптимизацию, имеющую мгновенный эффект. Рост цены, когда ресурс становится дефицитным, с некоторым опозданием вызовет увеличение переработки, но это происходит, когда слишком большое количество ресурса было израсходовано без существенной переработки, и таким образом позволяет растратить его большую часть впустую. В дополнение к хорошо функционирующему рынку требуется надлежащее государственное регулирование.

Но политики и общественность до сих пор не понимают последствий экспоненциального роста добычи ресурсов, математик Артур Аллен Бартлетт из университета Колорадо заявил даже, что «наибольшее несовершенство человечества в том, что оно не понимает последствий экспоненциального роста». Интересно, что его коллега и экономист Кеннет Боулдинг (1956) утверждал, что

«каждый, кто считает, что экспоненциальный рост может продолжаться вечно в конечном мире, либо сумасшедший, либо экономист».
Можно только представить себе их яркие дискуссии и мечту, чтобы каждый человек лучше понимал экспоненциальную функцию.

Правительство должно следить за тем, чтобы на свободном рынке была хорошо регулируемая арена для операций, а также за соблюдением правил игры. В эту функцию правительства входит также установка долгосрочных правил, управляющих ответственным использованием ресурсов, например, предписание ввести переработку до того, как ресурс станет дефицитным.

Правительство должно разработать правила, которые рассчитаны на будущее и содержат ответственность за будущие поколения и сохранение общества.
Широко распространено ошибочное мнение, что свободный рынок — это рынок без правил и регулировки, без какого-либо вмешательства со стороны правительства, но правильно обратное. Требовать, чтобы свободная экономика не имела никаких правил, глупо, хоть об этом и мечтают определённые политические идеологии, и эта идея даже преподаётся во многих бизнес-школах. Любая игра без правил скоро скатывается в анархию или подчиняется сильнейшему, и рынки без правил быстро становятся чем-то, что не имеет ничего общего со свободными рынками (большинство детей знают это из общей эрудиции, но взрослым, кажется, необходимы ссылки на изложение этой идеи).

Таким образом, нам необходим свободный, хорошо функционирующий рынок, но не рынок нерегулируемый и дикий. Ограничения устойчивости входят в число самых важных дополнений, которые нужны, чтобы освободить рыночные экономики, если взяться за превращение их в долгосрочно стабильные и имеющие в долгосрочной перспективе устойчивый характер.

Современный мир зависит от рыночных систем распределения и перераспределения товаров, услуг и богатства, функционирующие таким образом рынки являются неотъемлемой частью устойчивого мира.

Кажется, что дополнительные расходы материалов и энергии бесполезны и возможны только из-за дурных привычек потребителя, очень низкого социального доверия между людьми на региональном уровне, скудной государственной политики и плохого планирования политики. Очевидно, что Канада и Соединенные Штаты используют в два раза больше энергии, чем самые процветающие страны Европы. Для потока материалов это отношение ближе к 3:1. При этом Канада и Соединенные Штаты не могут предоставить своим гражданам качество жизни, сколько-нибудь более высокое, чем, например, в Швеции, Дании, Нидерландах, Швейцарии или Австрии, — дело обстоит, скорее, наоборот.

В то время как у Швейцарии скорость обмена материалов (MMR) составляет 12 относительных единиц, а у Норвегии 14 единиц, у США она равна 24 единицам. В то же время в Швейцарии ВВП на душу населения составляет 35 единиц, в Норвегии 38 единиц, а в США ВВП на душу населения равен 36 условным единицам.

Отношение MMR к ВВП на душу населения для Норвегии равно 0,37, для Швейцарии составляет 0,34, а для США 0,66. Это говорит о том, что использовать больше материалов для производства каждой единицы продукции, безусловно, не значит преуспевать.
Соединённые Штаты Америки, очевидно, действительно обеспечивают более низкое качество жизни по сравнению с другими странами, упомянутыми выше, по ряду параметров качества жизни. Напротив, проведя реформы в социальной сфере и управлении, которые улучшили бы управление в США до стандарта Северной или Центральной Европы, США были бы в состоянии сократить наполовину использование энергии без снижения качества жизни, а также значительно сократить затраты на импорт энергоносителей и государственную администрацию. Однако для этого пришлось бы преодолеть ряд «пунктиков» в политическом устройстве США и сознании электората, а также круто обуздать американский лоббизм (важный вид узаконенной коррупции, меняющей демократический процесс).

Время наступления дефицита в различных сценариях

В табл. 1 приведено для ряда сценариев время выгорания для различных материалов и классификация по степени срочности. Для этой оценки мы рассмотрели ряд сценариев будущего. К ним относятся следующие:

Цель 1: Инерционный сценарий (business-as-usual — BAU), переработка не более распространена, чем сейчас.
Цель 2: Улучшить привычки рынка, перерабатывать по крайней мере 50% отходов или поддерживать наличные ресурсы на уровне выше 50%, повысить долю переработки золота до 95%.
Цель 3: Увеличить долю переработки всех элементов по крайней мере до 70%.
Цель 4: Увеличить долю переработки всех элементов до 90%, золота — до 96%.
Цель 5: Увеличить долю переработки всех элементов до 95%, золота, платины, палладия, родия — до 98%.
Цель 6: Увеличить долю переработки всех элементов до 95%, золота, платины, палладия и родия — до 98%, предполагая, что потребление ресурсов на душу населения такое же, как в пункте 4, а население сократилось до 3 миллиардов.

Цель 7: Увеличить долю переработки всех элементов до 95%, золота, платины, палладия и родия — до 98%, предполагая, что потребление ресурсов на душу населения вполовину меньше, чем в пункте 4, а население сократилось до 3 миллиардов человек.


Мир на пике и конец золотого века

Наша модель строилась в соответствии с предположением, что богатство создаётся в основном за счёт нефти и угля. Кривую богатства особенно интересно обсудить. Нефть на пике, уголь достигнет своего пика в ближайшем будущем, нефтяной пик был в 2008 году, угольный пик ожидается в период 2020—2035 годах, а пик нефтяного богатства — в 2035 году, угольное богатство выйдет на пик около 2050—2060 годов. Объединяя кривые, мы получим следующий результат: пик энергии придётся на 2018 год, а пик дохода от энергетики — на 2045-й.

После 2045-го глобальный рост ВВП будет невозможен; следует иметь новую экономическую парадигму обеспечения качества жизни гражданам, и она должна работать, чтобы избежать политических проблем.
Глобальное общество должно быстро договориться, иначе оно рискует пережить термодинамически обусловленный коллапс. Критические точки в будущем развитии политики предстоят в 2015—2020 годах, когда предсказан пик энергии, в 2030 году, когда, как предсказано, создание материальных благ станет недостаточно обеспечено энергией, в 2060-м, когда инфраструктурные затраты энергии станут чрезмерными, и в 2075-м.

Таким образом, задача устойчивости — это социальный вызов и вопрос готовности к изменениям поведения. Использование всех имеющихся у нас ресурсов с максимальной скоростью, вероятно, чревато угрозой будущему или несёт существенные ограничения для будущих поколений, а с ними нравственные проблемы.

Кажущийся линейным мир частично цикличен в отношении ресурсов. В конце золотого века мир вновь станет цикличным для человека. Это следует из принципов баланса масс. Когда ископаемые природные ресурсы наконец иссякнут, то любой материал придётся добывать из возобновляемых источников ресурсов или путём переработки уже имеющихся вещей. Просто нет других источников, где можно было бы взять энергию и ресурсы.

Уменьшение ресурсной базы со временем приводит к формированию менее сложного общества, которое нуждается в пище и адаптируется путём снижения затрат на обслуживание и сокращения инфраструктуры. Эксплуатация ресурсов, как правило, увеличивает богатство по мере того, как увеличивается сама эксплуатация. Это, в свою очередь, приведёт к более развитой инфраструктуре и большему объёму частного имущества. Богатство и активы также используются для увеличения долга, что приводит к дальнейшему экономическому росту.

Однако со временем упадок доберётся до инфраструктуры и собственности, затронет расходы на техническое обслуживание структуры.
Когда ресурсы находятся в упадке, сокращается их разведка, в конце концов доступное богатство становится меньше. Однако остаются расходы на обслуживание и расходы на долги. Если долги и инфраструктура, которую нужно поддерживать, слишком разрослись, расходы превысят доходы, возникнут проблемы. Этот процесс мы считаем основной причиной экономических проблем в Нидерландах в 1970-х годах, после упадка месторождений природного газа (пик газа), в Швеции в 1980-х из-за перерасхода государственных средств на общественное благосостояние (слишком большие деньги раздавались на благотворительность, снижались цены на металлы и древесину до состояния промышленного спада, вырос мыльный пузырь на рынке недвижимости) и в настоящ

Фундаментальная наука — основа цивилизации

Бескорыстное любопытство ученых – главный двигатель прогресса цивилизации: «игры разума» Максвелла дали миру электричество, изучение звезд – ядерные бомбы. Будущие успехи и безопасность страны может обеспечить только повышение уровня образования и интереса к фундаментальной науке, уверен профессор МГУ, член комиссии РАН по борьбе с лженаукой и фальсификацией научных исследований Юрий Ефремов.

Хокинг Стивен Уильям (Stephen William Hawking) родился в 1942 году. В 1962 году он закончил Оксфордский университет и начал занятия теоретической физикой. Тогда же у Хокинга стали проявляться признаки бокового амиотрофического склероза, которые привели к параличу.
В 1965 году женился на Джейн Уайлд, позднее у них родились дочь и два сына. В 1974 году Хокинг стал членом Лондонского Королевского общества. После операции на горле в 1985 году он потерял способность говорить. Друзья подарили ему синтезатор речи, который был установлен на его кресле-коляске и с помощью которого Хокинг может общаться с людьми.

Сейчас он занимает должность Лукасовского профессора математики в Кембриджском университете, должность, которую три столетия назад занимал Исаак Ньютон. Несмотря на тяжёлую болезнь, он ведёт активную жизнь.                                             

Я понятия не имею, какой у меня IQ. Те, кого это интересует их показатель — просто неудачники.
 
Возможно, я неплох в чем-то. Но я не Эйнштейн.
 
Моя цель очень проста. Я хочу понимать вселенную, почему она устроена так, как устроена, и зачем мы здесь.
 
Уравнения — самая скучная часть математики. Я пытаюсь смотреть на вещи в терминах геометрии.
 
Мы всего лишь развитые потомки обезьян на маленькой планете с ничем не примечательной звездой. Но у нас есть шансы постичь Вселенную. Это и делает нас особенными.
 
Мне кажется, компьютерные вирусы стоит рассматривать, как форму жизни. Это многое говорит о природе человека: единственная форма жизни, которую мы создали к настоящему моменту, несет только разрушения. Мы создаем жизнь по образу и подобию своему.
 
Мы не должны удивляться тому, что устройство Вселенной пригодно для жизни — ведь это не является доказательством того, что Вселенная была задумана для жизни.
 
Мы можем связывать мироустройство с именем Господа, но это будет безличный Господь. В законах физики нет никаких личностных особенностей.
 
Главный враг знания — не невежество, а иллюзия знания.
 
Всю свою жизнь я поражался тем главным вопросам, с которыми нам приходится сталкиваться, и пытался найти дли них научный ответ. Возможно, поэтому я продал больше книг про физику, чем Мадонна про секс.
 
Не могу сказать, что мое физическое состояние помогает мне в работе, но оно помогает мне сконцентрироваться на исследованиях, избегая лекций и скучных конференций.
 
Когда-то я мог общаться только одним способом: я поднимал бровь, когда кто-то показывал мне подряд карточки с алфавитом. Это было очень медленно. Я не мог вести беседу и, конечно же, не мог написать научную работу. К счастью, у меня все еще достаточно сил в руке, чтобы нажимать и отпускать маленький выключатель. Это выключатель соединен с компьютером, на экране которого все время движется курсор. Он помогает мне выбирать слова из списка, возникающего на экране. Слова, которые я уже выбрал, отображаются в верхней части экрана. Когда я построил фразу полностью, я посылаю ее в звуковой синтезатор. Синтезатор, которым я пользуюсь, довольно старый, ему 13 лет. Но я очень привязался к нему. Отчасти потому, что я теперь ассоциируюсь только с ним, отчасти потому, что он не так монотонен, как остальные и интонации его изменяются почти как человеческие. Никто не хочет говорить, как машина или как Микки Маус.
 
Там где есть жизнь, есть надежда.
 
Если я и хочу куда-то отправиться, то это место точно находится не на Земле, а в космосе. Если бы я был кем-то вроде Билла Гейтса, я бы арендовал космический корабль. Это обошлось бы в каких-то пару сотен миллионов долларов.
 
Убежден, что наука и исследовательская деятельность приносят больше удовольствия, чем зарабатывание денег.
 
Моя настоящая мечта — написать такую книгу, которая будет продаваться в ларьках в аэропорту. Но для этого, похоже, издателю нужно будет поместить на обложку голую женщину.
 
Пожалуй, я верю в Бога, под Богом вы подразумеваете воплощение тех сил, которые управляют Вселенной.
 
Эйнштейн никогда не принимал квантовую механику из-за присущего ей элемента случайности и непостоянства. Он говорил: «Господь не играет в кости». Он был неправ дважды. Наличие черных дыр доказывает, что Господь не только играет в кости, но еще и бросает их туда, где никто не сможет их увидеть.
 
С уверенностью могу сказать, что пока еще нас не посетили туристы из будущего.
 
Научная фантастика может быть полезной — она стимулирует воображение и избавляет от страха перед будущим. Однако научные факты могут оказаться намного поразительнее. Научная фантастика даже не предполагала наличия таких вещей, как черные дыры.
 
Самая сложная проблема, с какой довелось столкнуться человечеству, — это наши агрессивные инстинкты. Во времена пещерного человека (назовем его пещерной личностью) эти инстинкты были необходимы для выживания и были отпечатаны в наших головах на уровне генетического кода, что было продиктовано дарвиновским естественным отбором. Сейчас, со всем тем ядерным оружием, что у нас есть, мы уже не можем ждать, когда эволюция избавит нас от наших инстинктов. Боюсь, нам придется воспользоваться генной инженерией.
 
Кто-то сказал мне, что каждое уравнение, которое я включаю в книгу, сокращает продажи в два раза.
 
Никто не может спорить с математической теоремой.
 
Когда я слышу о Коте Шрёдингера, моя рука тянется к пистолету. (Мысленный эксперимент Эрвина Шрёдингера, которым он хотел продемонстрировать неполноту квантовой механики. — Esquire)
 
Я не уверен, что человеческая раса проживет еще хотя бы тысячу лет, если не найдет возможности вырваться в космос. Существует множество сценариев того, как может погибнуть все живое на маленькой планете. Но я оптимист. Мы точно достигнем звезд.
 
Я заметил, что даже те люди, которые утверждают, что все предрешено и что с этим ничего нельзя поделать, смотрят по сторонам, прежде чем переходить дорогу.
 
Блуждание по Интернету — настолько же безмозглая идея, как постоянное переключение телеканалов.
 
Мой речевой синтезатор говорит с американским акцентом. Я давно понял, что американский и скандинавский акценты лучше всего заводят женщин.
 
Меня часто спрашивают, как вы себя чувствуете с амиотрофическим боковым склерозом (Заболевание центральной нервной системы, поражение спинного и продолговатого мозга. — Esquire). Ответ простой — не очень-то.
 
Только мой старший сын, Роберт, интересуется наукой. Он занимается программным обеспечением, работает в Майкрософте. Моя дочь, Люси, изучает французский и русский — сейчас она журналист. Мой младший сын, Тим, сейчас в университете — изучает французский и испанский. А еще у меня есть внук Вильям, которые пока только учится говорить, но уже без ума от компьютеров.
 
Жизнь была бы очень трагичной, если бы не была такой забавной.
 
Очень важно просто не сдаваться.

   «Счастливы те, кто развивает науку в годы, когда она не завершена, но когда в ней назрел решительный переворот».

  Андре-Мари АМПЕР (Ampère) - французский физик и математик, один из основоположников электродинамики, академик Парижской академии наук.

Ампер (22.01.1775 - 10.06.1836) родился в Лионе, в  аристократической  семье.  В прекрасной библиотеке его отца были произведения известных философов, ученых и писателей. Юный Андре мог целыми днями просиживать с книгой, благодаря чему, никогда не посещавший школу Андре приобрёл обширные и глубокие знания. В 11 лет он принялся за чтение 20-томной "Энциклопедии" Дидро и Д'Аламбера и проштудировал ее за 3 года. Юношу интересовала изящная словесность, и он даже писал стихи, но физико-математические науки оказались гораздо привлекательнее.

   Когда книг отца стало недостаточно, Андре Ампер начал посещать библиотеку Лионского колледжа. И так как многие труды великих ученых были написаны на латинском языке, которого Андре Ампер не знал, в течение несколько месяцев он самостоятельно изучал латынь, после чего классики науки XVII-XVIII веков ему стали доступны. К 12-ти годам Ампер самостоятельно разобрался в основах высшей математики -- дифференциальном исчислении, научился интегрировать, а в возрасте 13 лет уже представил первые работы по математике в Лионскую академию!     

Все наше достоинство – в способности мыслить. Только мысль возносит нас, а не пространство и время, в котором мы – ничто. Постараемся же мыслить достойно – в этом основа нравственности.

     Блез Паскаль (19 июня 1623 - 19 августа 1662)Согласно его учению только христианский Бог как Личность может помочь человеку — «мыслящему тростнику» — спастись от безнадежной затерянности в безднах природы.      

    "Жизнь украшается двумя вещами — занятием математикой и ее преподаванием."                                         

       Выдающийся французский физик и математик Симеон Дени Пуассон родился 21 июня 1781 года в Пифивье.

   Отец Пуассона получал издававшийся в Париже «Журнал Политехнической школы», в котором много места отводилось математике. Симеон, рано полюбивший чтение, просматривал этот журнал и решал помещенные в нем задачи. Без руководства и помощи со стороны он справлялся с решением довольна трудных задач, правда, иногда достигал цели окольными путями.