Население Земли как растущая иерархическая сеть

Можно также создать систему приоритетов: высший приоритет присваивается годовому плану, приоритет более низкого уровня – квартальному и низший приоритет у месячного плана. При этом сбой приоритета нижнего уровня хотя и нежелателен, но допустим для предотвращения сбоя приоритета более высокого уровня.

Приоритет высшего уровня, годовой план – цель производства. Заметим, что для придания смысла всем этим установкам легко придумать какую-нибудь легенду, но мы этого делать не будем. Что же касается самого управления, то оно может быть слабым (или точечным), средним и сильным (жестким).

Если среднее квадратическое отклонение времени сборки одного копира от его математического ожидания мало́, процесс сборки будет близок к детерминированному и управление может быть слабым или даже почти полностью отсутствовать. Однако даже и в этом случае закон dN/dt = αN не может уже считаться на все сто процентов причинным законом. Действительно, прирост численности за время Δt определяется здесь уже не только коэффициентом прироста и полным числом произведенной продукции N.

Т. е. зависит не только от причин, задающих естественный ход процесса. Теперь он может также вызываться причинами, выходящими за пределы звена причинно-следственной цепи длительностью Δt. Причинами, исходящими от управляющей системы, направляющей процесс роста в сторону нужного ей приоритета.

Тем более это будет справедливо в случае среднего или жесткого управления. Случайный по своей природе процесс может быть направлен здесь в сторону далекую от пути своего естественного протекания. Так, например, жесткое управление может превратить естественный экспоненциальный рост (или даже произвольный случайный рост) в рост гиперболический.

И полученный таким образом закон гиперболического роста не будет уже частично или полностью причинным законом. А связь между средней скоростью роста и числом произведенных копиров будет в общем случае функциональной или корреляционной и непричинной.

* * *

Возвращаясь снова к вопросу о пропасти между законами экспоненциального и гиперболического роста, следует отметить, что закон экспоненциального роста dN/dt = αN в силу своей линейности может быть как причинным, так и непричинным. Тогда как закон квадратичного роста dN/dt = αN2 причинным законом роста численности популяции, по-видимому, быть не может.

Если рассматривать законы популяционной динамики, химической кинетики, законы, по которым идут цепные ядерные реакции, какие-либо другие законы роста численности «коллектива» однородных размножающихся частиц в пределах некоторого конечного пространства, закон квадратичного роста как причинный закон роста численности таких частиц – не встречается среди них НИКОГДА.

Не существует ни одного примера, иллюстрирующего рост по закону «коллективного взаимодействия» Капицы. Примеры, приведенные С.П. Капицей в качестве иллюстрации распространенности этого закона [21], либо не по теме, либо неверны, либо являются опечаткой (всюду выделено мной. – А.М.):

«Настоящее исследование в значительной мере посвящено изучению всех последствий этого подхода, который указывает на то, что в основе роста человечества следует рассматривать коллективное взаимодействие всех людей на Земле. В частности, такое взаимодействие аналогично взаимодействию Ван дер Ваальса в неидеальном газе, которое хорошо изучено в молекулярной физике, а также во многих других разделах физики.

Процессы, зависящие от квадрата числа частиц, возникают при химических реакциях второго порядка в химической физике. Такие процессы могут быть описаны на примере разветвленных цепных реакций, асимптотически приводящих к квадратичной зависимости скорости реакции от времени, рассмотренной Г.Б. Манелисом.» «…»

Квадратичный рост населения нашей планеты указывает на аналогичный и гораздо более медленный, но не менее драматичный процесс, когда информация в результате цепной реакции умножается на каждом этапе роста, определяя тем самым нарастающие темпы развития во всем мире» [21].

Рассмотрим все эти примеры по порядку:

«В частности, такое взаимодействие аналогично взаимодействию Ван дер Ваальса в неидеальном газе, которое хорошо изучено в молекулярной физике, а также во многих других разделах физики».

Никакой аналогии нет. Уравнение Ван-дер-Ваальса для неидеального газа, являющееся обобщением уравнения Менделеева – Клайперона, получается при учете парных столкновений молекул газа, число которых пропорционально квадрату полного числа молекул.

Но какое отношение имеет этот газовый закон, позволяющий вычислять давление газа при неизменном числе молекул и фиксированных объеме и температуре, к законам роста числа размножающихся «частиц»: бактерий, животных, людей? Абсолютно никакого – пример не по теме.

«Процессы, зависящие от квадрата числа частиц, возникают при химических реакциях второго порядка в химической физике».

Не от квадрата числа частиц, а от квадрата их концентрации. Химическая реакция второго порядка в химической кинетике описывается уравнением, в левой части которого стоит скорость реакции или производная от концентрации по времени, а в правой – квадрат концентрации.

Т. е. речь здесь идет о локальной, дифференциальной характеристике, тогда как нужен пример с интегральным, глобальным, общесистемным показателем таким, как численность населения Земли.

Если же проинтегрировать концентрацию по всему реакционному пространству, то закона квадратичного роста для полного числа частиц не получится. Следовательно, здесь мы имеем дело с ошибкой.

«Такие процессы могут быть описаны на примере разветвленных цепных реакций, асимптотически приводящих к квадратичной зависимости скорости реакции от времени, рассмотренной Г.Б. Манелисом».

Квадратичная, т. е. параболическая зависимость скорости реакции от времени – это не гиперболическая зависимость скорости от времени. Очевидно – опечатка.

«Квадратичный рост населения нашей планеты указывает на аналогичный и гораздо более медленный, но не менее драматичный процесс, когда информация в результате цепной реакции умножается на каждом этапе роста, определяя тем самым нарастающие темпы развития во всем мире».

Гиперболический, а не квадратичный рост населения планеты. (По закону квадратичного роста dN/dt = αN2 растет скорость роста численности населения Земли, а не само население.) Опечатка. Вряд ли также можно считать аналогичными цепную реакцию и процесс распространения информации по всей Ойкумене. Такое объяснение гипотетического «коллективного взаимодействия» Капицы по закону (1) (как и объяснение этого взаимодействия с помощью предыдущей легенды автора: «парного взаимодействия городов», т. е. населенных пунктов с численностью 67 тыс. человек) ничего нового не привносит и предназначено лишь для создания наглядного образа этого процесса.

Т. е. является чисто умозрительным и принципиально непроверяемым построением. Кроме того, в такое распространение и умножение информации «по закону цепной реакции» по всей Ойкумене и во все времена совершенно невозможно поверить, если учесть территориальную и языковую разобщенность человечества, учесть что информация на историческом этапе передавалась не только из уст в уста, но и с помощью материальных носителей: клинопись, папирус… С появлением книгопечатания и СМИ: газет, журналов, радио, телевидения в последние 100–300 лет, когда модель «цепной реакции» становится явно неадекватной, рост населения Земли все еще идет по гиперболе.

* * *

В статье А.В. Коротаева, написанной специально для англоязычной Википедии, приводится два примера гиперболического роста, касающиеся теории массового обслуживания и кинетики ферментов[204]. Эти примеры,  не могут служить иллюстрацией распространенности закона гиперболического роста численности популяций организмов, а также частиц в физических и химических реакциях под действием общесистемного причинного закона (1), поскольку, во-первых, не описывают рост каких-либо «частиц». И, во-вторых, процессы, приведенные в этих примерах, не являются процессами развивающимися во времени, т. е. не есть процессы автокаталитические. Иначе говоря, зависимость среднего времени ожидания числа прибывающих клиентов, как функции среднего коэффициента загрузки сервера, не является НПОС. То же самое можно сказать и о зависимости скорости реакции, катализируемой ферментом, от концентрации субстрата в кинетике Михаэлиса-Ментен.

* * *

Кажется, что закон квадратичного роста как причинный общесистемный закон для размножающихся частиц в системе с не равным нулю временем проявления системности на территории конечной (не «бесконечно малой») Мир-системы – реализован не может быть в принципе. Дело в том, что минимальное время проявления системности в такой системе должно быть меньше шага итераций Δt при решении уравнения (1) методом Эйлера[205].

Такой шаг Δt может быть введен для каждой системы размножающихся частиц, причем он должен быть достаточно малым, чтобы рост мог описываться в форме дифференциального уравнения (1). Однако эмпирически установленная глобальная системность человечества, связанная с законом (1), не позволяет сразу же разбить систему на части и затем по всей «площади Ойкумены» проинтегрировать. Т. е. классический метод редукции, основанный на анализе и последующем синтезе, напрямую здесь не срабатывает.

Для того, чтобы закон (1), как причинный закон роста численности размножающихся «частиц» мог проявиться, необходимо учесть время проявления системности, которое зависит от размеров среды обитания, площади Ойкумены, объема реакционного пространства…

Если это время для всех точек системы будет меньше фиксированного шага итераций Δt уравнения (1), а он, в свою очередь, меньше характерного времени изменений в системе – рост будет гиперболическим. Если же оно будет бо́льшим, то за время Δt системность может проявиться только у какой-то части такой системы размножающихся «частиц» и только для этой ее части и будет справедлив в первом приближении закон (1). (Вопрос о точности, с которой рост соответствует закону (1), рассматривать здесь не будем.)

Для Мир-системы в целом, как было показано нами ранее, минимальное время проявления системности хотя и изменялось в ходе исторического процесса, но в первом приближении всегда оставалось соизмеримым с постоянным характерным временем исторических изменений.

Поэтому шаг Δt не может быть и гораздо меньше одного, и гораздо больше другого. Следовательно, уравнение (1) не может выступать в качестве глобального причинного закона роста численности населения мира. Последняя надежда понять причину гиперболического роста в редукционистском подходе – это разбить Мир-систему на «кластеры»: подсистемы, для которых условие Tsis << Δt << τ будет выполнено, и затем результаты сложить. Но и этой надежде сбыться, по-видимому, не суждено.

* * *

Все сказанное относительно гиперболического роста справедливо, прежде всего, в том случае, когда речь идет о дифференциальной, точечной, локальной характеристике такой, например, как концентрация химических реагентов, которая в некоторой точке реакционного пространства может расти гиперболически.

Т. е. это возможно, если реакционное пространство или площадь Ойкумены малы в том смысле, что информация распространяется там столь быстро, что за время ее передачи на всю территорию системы с этой системой не происходит (или почти не происходит) никаких изменений.

Это пространство должно быть мало в том смысле, что за время Δt, шаг итерации, численность «частиц», составляющих систему, почти не меняется; иначе говоря, Δt должно быть гораздо меньше τ, характерного времени изменений этой системы, и гораздо больше минимального времени проявления ее системности Tsis, чтобы частицы могли провзаимодействовать, а закон (1) – проявиться.

Этими временами (Tsis, τ) измеряются длительности совершенно разных и в первом приближении независимых процессов и существует тот максимальный объем реакционного пространства или максимальная площадь Ойкумены, где условие Tsis << Δt << τ выполняется и уравнение (1) может еще выступать в качестве причинного закона.

В химической кинетике для гиперболического роста продуктов реакции необходима столь высокая (в пределах реакционного пространства) скорость диффузии, чтобы время полного перемешивания реагентов оказывалось меньшим, чем время протекания реакции. Для размножающихся микроорганизмов в чашке Петри – это означает, что за время гораздо меньшее времени одного деления микроорганизмы могут провзаимодействовать, причем «каждый с каждым».

Для клеток в организме, связанных информационной сетью (нервной системой), время распространения информации по этой сети должно быть гораздо меньше времени деления этих клеток. Для Мир-системы растущего человечества время проявления системности для всех точек ее территории должно быть гораздо меньше характерного времени исторических изменений.

И теперь самое главное: условия, при которых закон dN/dt = αN2 может проявиться как причинный закон и вызвать гиперболический рост, – весьма и весьма специфичны и могут быть созданы, по-видимому, только для небольшой («бесконечно малой») «среды обитания». Когда же речь идет о системе размножающихся частиц с конечным объемом «среды обитания», эти условия могут быть реализованы только для небольших ее подсистем.

Т. к. в соответствии с Мир-системным анализом основоположника этого анализа Иммануила Валлерстайна в мире вплоть до XVI века существовало множество отдельных, слабо связанных Мир-систем, то для вывода закона роста общей численности населения Земли нужно разбить всю Мир-систему на такие, обладающие (при данном фиксированном Δt) свойством системности «подсистемы», «кластеры» и число проживающих в них людей – сложить.

С.П. Капица считал, что «закон коллективного взаимодействия», причинный закон (1), справедлив лишь для всей Мир-системы в целом и неприменим к отдельным ее частям. Этот, на наш взгляд, ошибочный, противоречащий логике и здравому смыслу вывод (если считать (1) причинным законом) основан на факте глобального гиперболического роста населения Земли.

Т. е. налицо порочный круг: то, что требуется доказать укладывается в основу доказательства. На самом же деле закон (1) в той форме, какую ему придал С.П. Капица, безусловно, может быть применен и к каким-то «частям» Ойкумены. При этом в первом приближении без учета взаимодействия всех этих «кластеров», даже при одинаковых коэффициентах прироста, закон (1) для всей Ойкумены при сложении уравнений получен быть не может, т. к. сумма квадратов не равна квадрату суммы.

Но этот общесистемный закон не может быть получен даже и в том случае, если ввести в рассмотрение взаимодействие всех таких «кластеров», т. к. существует множество различных способов такого разбиения и ниоткуда не следует, что результат всегда будет получаться одним и тем же. (В таком случае следует признать невозможность построения синергетической модели роста, модели второго типа по нашей классификации.)

Тот факт, что рост столь сложной системы, какой является растущее человечество, описывается простейшим законом (1), можно рассматривать как своеобразное чудо. Как такой причинный закон «коллективного взаимодействия» для всего человечества в целом мог оставаться неизменным на всем протяжении социального периода развития человека от неолита до середины ХХ века? Ведь за это время численность населения Земли выросла в тысячу раз, при этом менялся сам человек, в том числе и генетически, появлялись и исчезали цивилизации, сокращалось время проявления системности, т. е. изобретения, открытия, просто информация циркулировали в мире все с большей и большей скоростью.

Следовательно, и состав, и число членов суммы «кластеров», рост общей численности народонаселения в которых подчинялся закону (1), постоянно изменялись, что чудесным образом не повлияло на результат. Рост численности населения мира на протяжении многих тысячелетий шел по закону одной и той же гиперболы. Очевидно, что никакая редукционистская теория объяснить такой рост не в состоянии.

Такой рост возможен для некоторой структуры, связанной с общим числом живущих, но понять его природу нельзя, пользуясь лишь обычным методом анализа, т. е. методом разбиения системы на составляющие с последующим сложением полученных результатов. Здесь мы имеем дело с системой, принципиально не разложимой на части. Ее эмерджентность непонятна и обеспечивается не за счет «коллективного взаимодействия» Капицы (причинного закона (1)).

Рост каждой из подсистем такой системы, т. е. страны, народа, этноса не обязан быть гиперболическим (подчиняться закону (1)); коэффициенты прироста отдельных ее «частей» могут различаться в разы, а сам рост этих «частей» может быть даже в известной степени случайным, произвольным, он может быть даже циклическим (демографические циклы древнего Китая).

Но общая, суммарная численность населения мира всегда росла по закону гиперболы, и закон (1) для всего человечества в целом в эпоху гиперболического роста всегда выполнялся с прекрасной точностью (по крайней мере в среднем, за характерное время). Так растет и любой живой организм от момента зачатия до вступления в половую зрелость.

И демографический императив Капицы, согласно которому растущая голая численность населения планеты провозглашается главной причиной глобального роста и развития, представляется в таком случае столь же абсурдным, как и представление об императиве суммарной клеточной массы растущего организма, рост которого полностью определяется пакетом генетических программ, заложенных в его генотип.

Окончательный вывод заключается в том, что глобальный гиперболический рост численности, происходящий в результате действия общесистемного причинного закона «коллективного взаимодействия» для «рассредоточенных частиц», в системе с не равным нулю временем проявления системности, – НИКОГДА не встречается в природе. Опровергнуть этот вывод очень просто: достаточно привести всего лишь один пример такого роста. Но где он этот пример?

И не потому, что рост этот вызывается каким-то очень необычным, чрезвычайно редким, особенным законом, а по той простой причине, что закон квадратичного роста (1) – закон нелинейный. И если применять его в форме причинного закона к растущей популяции, то с неизбежностью возникают логические противоречия, рассмотренные нами ранее.

Следовательно, связь, которую устанавливает (1) между ежегодным мировым естественным приростом и общей численностью населения мира в эпоху гиперболического роста, – связь сопутствующая, непричинная, а вовсе не причинно-следственная, как того требуют закон коллективного взаимодействия и принцип демографического императива Капицы.

Все вышеизложенное не претендует, конечно, на роль строгого доказательства, а является всего лишь одним из целого ряда подобных аргументов, свидетельствующих против интерпретации закона квадратичного роста (1) в теоретической демографии как закона причинного.

Миф о том, что закон квадратичного роста вызывает гиперболический рост численности

«…Миллион лет человечество росло и размножалось согласно этому закону, что само по себе поразительный факт…» говорит С.П. Капица о законе квадратичного роста, понимая под этим законом простейший нелинейный причинный закон, описывающий автокаталитический процесс, неизменный в течение миллионов лет (выделено мной. – А.М.):

«Поразительно, что этот закон квадратичного роста был неизменен на протяжении миллионов лет. Миллион лет человечество росло и размножалось согласно этому закону, что само по себе поразительный факт… Таким образом, я как физик понял, что мы имеем дело с квадратичным, коллективным взаимодействием. Во-первых, эта формула неприменима к отдельно взятой стране, потому что сумма квадратов не равна квадрату суммы.

Второе: это указывает, что в корне всего явления лежит коллективное взаимодействие так же, как и в возгорании города, о котором мы говорим, и это качественно новое явление по сравнению с тем, о чем думали раньше. Более того, такие формулы пишутся более или менее автоматом не в первый и не в последний раз. Главное – это их интерпретация со всеми историческими, демографическими и прочими данными»[206].

На самом деле – это не факт, как считает С.П. Капица, а всего лишь ошибочная интерпретация закона квадратичного роста. Главное – это интерпретация, и первый вопрос, на который нужно дать ответ, – это вопрос о том является ли закон квадратичного роста причинным законом, или это всего лишь функциональная непричинная связь?

Если мы имеем дело с непричинной связью между численностью и скоростью ее роста, то придется поставить крест на всех теориях роста первого типа, в том числе и на теории коллективного взаимодействия Капицы, сводящей феномен гиперболического роста к причинному закону (1). Составим список всех ранее рассмотренных аргументов, говорящих о том, что закон квадратичного роста причинным законом считаться не может.

Рис. 1. Закон квадратичного роста (Р – число рождений, С – число смертей за Δt). Скорость роста численности пропорциональна квадрату численности.

Конечно-разностное уравнение (1А) при Δt→0 переходит в дифференциальное (1). ΔN – естественный прирост (прирост численности населения мира за один год, если Δt = 1). N(t) – Закон гиперболического роста населения Земли, находящий свое выражение в эмпирической зависимости численности от времени – гиперболе Фёрстера.

1. Можно ли вообще формулировать законы эволюции и развития, к которым относится и закон роста численности населения Земли, как причинные законы на основе аппарата дифференциальных уравнений, предназначенного для описания процессов с простой преддетерминацией? Моделировать биологические, социальные, экономические, демографические процессы – можно и нужно.

Но подходит ли язык бесконечно-малых, предполагающий информационную простоту и «бесконечно-малую» длительность звена причинно-следственной цепи, для описания процессов эволюции и развития, процессов максимальной сложности, зависящих от всего своего прошлого или даже нацеленных на какое-то событие в будущем?

Не существует ни одного примера, когда системы высшей степени сложности, системы с которыми в процессе эволюции происходили (и неоднократно) кардинальные качественные изменения, каковыми являются, например, биосфера и растущий социум, описывались бы в течение всего этого процесса эволюции простейшими причинными законами.

2. Никакими «экспериментальными» данными о том, как в действительности менялась скорость роста численности населения мира в течение тысячелетий мы не располагаем и не будем располагать никогда; есть только данные по численности, и точность их оставляет желать лучшего. И эти данные, которые определяют гиперболу Фёрстера, говорят нам о том, что средняя скорость роста росла по закону (1).

Действительное же ее значение для каждого момента времени в прошлом остается неизвестным. Т. е. при гиперболическом росте численности зависимость скорости роста от времени могла и не соответствовать закону (1), она могла быть даже немонотонной функцией времени, и рост ее мог сменяться спадом десятки раз в течение всего социального периода развития человека.

Итак, во-первых, нет никаких оснований считать (1) следствием каких-либо прямых наблюдений и, во-вторых, нельзя его также считать (в качестве причинного закона) необходимым и достаточным условием гиперболического роста.

3. Если считать (1) причинным законом, отражающим связь между численностью и скоростью ее роста, и на его основе объяснять феномен гиперболического роста, то придется признать, что уравнение роста (1А) выглядит мистически.

Разные по своей природе составляющие мирового естественного прироста: за счет рождаемости (Р) и за счет уменьшения смертности (−С), требующие, казалось бы, различных способов описания и зависящие от множества условий, объединены в простейшем уравнении (1А) в один общий естественный прирост (Р − C).

Т. е. существует мистическая, ничем не объяснимая согласованность в динамике рождений и смертей в Ойкумене, которая будучи воплощена в (1), приводит к гиперболическому росту. Для модели Мальтуса – модели экспоненциального роста – с постоянными коэффициентами рождаемости и смертности – такая согласованность тривиальна[199].

Для человечества как системы, состоящей из множества слабо связанных подсистем, причины прироста численности в каждой из которых множественны и изменчивы, такая согласованность для суммарного прироста (Р − C) – парадокс. Есть всего лишь один способ демистифицировать закон (1): отказать ему в статусе причинного закона.