Воспитание машин. Новая история разума

Глава 1
Технологические уклады и технологические революции

Мы стоим на грани перемены, сравнимой с возникновением на Земле человека.

ВЕРНОР ВИНДЖ

Может быть, высокоразвитая цивилизация – это вовсе не огромная энергия, а наилучшее регулирование?

СТАНИСЛАВ ЛЕМ

Понятие технологических укладов

Наше изложение мы начнем с определения технологического уклада, задающего базовые параметры цивилизации на разных стадиях ее развития. Нас будет интересовать, как набор технологий, освоенных цивилизацией, определял на разных этапах два ее важнейших параметра – число людей, которых она может прокормить, и ее сложность, то есть количество накопленных знаний. Многое будет зависеть от того, каким образом связаны между собой эти два ключевых параметра.

Технологические уклады стабильны и способны воспроизводить себя в течение длительного времени, ведь технологии зависят друг от друга, образуя в каждый момент целостный пакет взаимодополняющих друг друга технологий. Этот технологический пакет регулируется отрицательными обратными связями в обществе, поддерживающими его устойчивость, и любые новые технологии, нарушающие существующее равновесие, встречают естественное сопротивление со стороны общества.

Смена технологических укладов происходит скачками, потому что новые технологии созревают в недрах старого уклада «тайком», в относительно небольших нишах, в которых они поодиночке не способны реализовать весь свой потенциал. Такая возможность у них появится лишь тогда, когда они смогут образовать новый целостный технологический пакет, более жизнеспособный, чем существующий. Такая ситуация возникает лишь с появлением замыкающей технологии – последней, необходимой для формирования нового целостного пакета. Возникновение такой технологии нарушает устойчивость существующей системы, какие-то из ее обратных связей становятся положительными, и система скачком переходит в новое устойчивое состояние. После такой технологической революции снова наступает эпоха плавного эволюционного развития.

Технологические революции, как правило, сопровождаются социальными, так как смена материальных основ жизни общества не может не сказаться на его социальной надстройке – образе жизни людей и регулирующих человеческие отношения общественных институтах (общепринятых нормах поведения, убеждениях и организациях)^[1].

Технологии играют определяющую роль в жизни людей потому, что в совокупности позволяют осваивать необходимые для нее ресурсы, например энергетические. Какой-то из них обычно становится базовым ресурсом, обеспечивающим долговременное развитие. Обычно новый технологический пакет открывает перед цивилизацией новые перспективы за счет появления возможности эксплуатации нового базового ресурса, более дешевого и обильного, чем прежний.

Итак, резюмируем сказанное. Технологический уклад складывается из трех компонент:

● дешевого и обильного базового ресурса, обеспечивающего долгосрочное развитие;

● технологического пакета, позволяющего эффективно эксплуатировать базовый ресурс;

● организации жизни людей, способной поддерживать данный технологический пакет.

Далее в этой главе мы напомним читателям краткую историю смены технологических укладов на протяжении всей истории человечества. При этом мы сосредоточимся именно на эволюции технологий – материальной основы нашей цивилизации, чтобы вписать современную цифровую революцию в этот исторический процесс.

Экономисты обычно ассоциируют уклады с длинными циклами Кондратьева^[2], начиная их отсчет с первой промышленной революции^[3]. Мы же здесь стремимся охватить весь период человеческой цивилизации, поскольку считаем вслед за Тоффлером^[4], что нынешняя революция по масштабу сопоставима с наиболее крупными переменами в истории человечества.

Энергетические потребности человека

Для количественных оценок энерговооруженности цивилизации, от которой зависит наше благосостояние, полезно знать опорные цифры.

Среднему человеку, ведущему активный образ жизни, требуется около 3000 ккал в день^[5]. Мы потребляем их с пищей в виде белков, жиров и углеводов с различной энергетической ценностью. Наиболее богаты энергией жиры (9500 ккал/кг), затем следуют углеводы (3500 ккал/кг) и белки (2400 ккал/кг). Без последних тем не менее не обойтись, так как именно они являются основным строительным материалом наших тел и именно белковые молекулярные машины обеспечивают извлечение из поступающего топлива полезной свободной энергии, питающей силу наших мускулов. Усредненный КПД нашей биологической «тепловой машины» – 10–15 %, остальные 90–85 % выделяются в виде тепла (см. рис. 1).

Примерно те же соотношения справедливы и для животных, которые на протяжении большей части нашей истории поставляли нам энергию для производства и транспорта (быки и лошади). В частности, лошадь примерно на порядок мощнее человека (735 Вт против 60 Вт механической энергии). По традиции мощность машин до сих пор измеряется в лошадиных силах^[6]. Так, мощность типового современного автомобиля среднего класса составляет около 120 л. с. В США на человека приходится 0,8 машины, или порядка 100 лошадей, при том что на протяжении веков люди довольствовались 0,2 лошади на человека^[7] – настолько различны энергетические мощности современной и аграрной цивилизаций.

Этим мы обязаны переходу на ископаемое органическое топливо, энергетические характеристики которого сравнимы с компонентами нашей пищи^[8], но объемы их потребления на порядки больше: более 10 т условного топлива против 0,3 т условной пищи на человека в год (в США).

Однако раннюю историю человечества отделяют от современности несколько крупных технологических революций, к рассмотрению которых мы и переходим.

Охота и собирательство

● Базовый ресурс: дикая природа.

● Технологический пакет: огонь, каменные, деревянные и костяные орудия, язык.

● Организация жизни: охота, собирательство, родоплеменной строй.

Древние люди доисторической эпохи использовали ресурсы дикой природы – жили охотой и собирательством. К какому-то моменту (около 70 000 лет назад) вид Homo sapiens накопил критическую массу изобретений, составивших первый технологический пакет человеческой цивилизации. Этот пакет (огонь, топоры, копья, дротики, лук со стрелами и т. д.) позволил людям занять нишу абсолютного хищника, довольно быстро покинуть Африку и расселиться по всему земному шару, уничтожив по пути другие, менее технологически развитые ветви рода Homo (см. рис. 2)^[9].

Какая технология играла роль замыкающей, чье появление дало старт безудержной экспансии Homo sapiens? Это наверняка был не огонь, так как следы костров находят на стоянках древнего человека с незапамятных времен (более полумиллиона лет назад). Покорение огня, безусловно, сыграло выдающуюся роль в эволюции человека, так как изменило саму его физиологию. Переход на лучше усваиваемую вареную пищу сопровождался сокращением желудочно-кишечного тракта, что, в свою очередь, позволило людям нарастить относительный объем головного мозга^[10]. У горилл, питающихся сырой растительной пищей, мозг вдвое меньше человеческого при сопоставимых размерах тела.

По всей видимости, такой замыкающей технологией стало появление языка – одного из последствий увеличения объема мозга. Дело в том, что язык занимает определенное место в нашем мозгу, в частности языковые зоны Брока и Вернике в неокортексе. В меньшем по объему мозге других приматов этого места может просто не найтись, хотя наш мозг и имеет единую для всех приматов архитектуру^[11]. Это именно тот случай, когда размер имеет критическое значение.

Размер мозга приматов ограничивает размер их стай, поскольку приматы, как социальные животные, должны запоминать отношения всех членов стаи между собой, а объем этих знаний растет квадратично с увеличением ее размера. Так что чем больше мозг, тем больше и мощнее стая^[12]. Древние люди, охотясь коллективно, выигрывали от роста размера своих сообществ, что оказывало эволюционное давление на увеличение их мозга. В какой-то момент, по-видимому примерно 70 000 лет назад, размер мозга Homo sapiens превысил некий критический порог, что сопровождалось появлением символического мышления и языка с развитым синтаксисом, которые напоминают современные^[13].

Язык и тесно связанное с ним мышление позволили людям организовываться в гораздо более крупные и сплоченные общности, скрепленные общей мифологией, противостоять которым более примитивные ветви рода Homo были не в состоянии. Язык, безусловно, является важнейшим изобретением человечества, необходимым условием для передачи и накопления знаний из поколения в поколение. Все остальные изобретения, от дротиков и лука до торговли и разделения труда, являются следствием появления языка и коллективного разума человечества – культуры. Поэтому революцию верхнего палеолита автор нашумевшей книги «Sapiens. Краткая история человечества» Юваль Ной Харари назвал когнитивной революцией^[14].

Главным наблюдаемым последствием этой технологической революции стало существенное увеличение количества людей по сравнению с типичной численностью популяций других крупных гоминид (порядка 10⁵ особей). Мощность новорожденной человеческой цивилизации довольно быстро (за несколько десятков тысяч лет) выросла на порядки, при том что количество колонистов – выходцев из Африки, согласно оценкам генетиков, не превышало нескольких сотен человек.

Мы можем оценить предельную численность цивилизации охотников-собирателей следующим образом. Хищнику нашего размера нужна для пропитания площадь порядка 10 км². Следовательно, предельная плотность населения охотников-собирателей не превышает 0,1 чел./км². Умножая эту плотность на общую площадь доступной суши, получим предельное количество людей на планете к моменту ее окончательного заселения (около 15 000 лет назад, после заселения обеих Америк через Берингию) – 10 млн человек (см. рис. 3).

Это на два порядка превышает численность африканской популяции древних людей, прародителей современного человечества. Окончательное заселение всей поверхности Земли благодаря верхнепалеолитическим охотничьим технологиям привело к первому в человеческой истории экологическому кризису – вымиранию большинства крупных животных вследствие нашествия Homo sapiens^[15].

После освоения человеком всех более или менее пригодных для жизни уголков планеты ресурсы такого экстенсивного развития были исчерпаны. Возникли предпосылки для освоения нового базового ресурса на основе нового технологического пакета.

Аграрный уклад

● Базовый ресурс: плодородная почва речных пойм и побережья рек.

● Технологический пакет: одомашнивание растений и животных, ремесла, судоходство, письменность.

● Организация жизни: сельские поселения и города, государство и право.

Выход из вышеупомянутого кризиса был найден около 10 000–12 000 лет назад в ходе так называемой неолитической революции и состоял в переходе к оседлому образу жизни, основанному на новом – аграрном – технологическом пакете.

Как всегда, его технологии появлялись в недрах старого уклада постепенно. Загоны, служившие для охоты, использовались в том числе для временного содержания пойманных животных, а затем и для их разведения. Собирательство дополнялось посевами диких культур вблизи от стойбищ и постепенным увеличением их урожайности вследствие искусственного отбора. Зависимость урожаев от плодородия почв притягивала людей в поймы больших рек, где посадки в илистые отложения после разливов не требовали больших трудозатрат и снижали риски неурожаев. В таких местах и зарождались первые великие цивилизации древности – в Египте, Междуречье, Индии, Китае, Центральной и Южной Америке.

То, что таких мест было несколько, лишний раз свидетельствует о глобальности палеолитического кризиса перенаселения. Сельское хозяйство в поймах и по берегам больших рек могло прокормить существенно больше людей, чем охота и собирательство по всей Земле. В этом легко убедиться, сделав соответствующие оценки (рис. 4).

Животноводство способно приносить порядка 100 кг белковой пищи в год с одного гектара. При полностью мясной диете оно может прокормить 0,2 чел./га – в 200 раз больше, чем охота. Молочная диета еще выгоднее и способна прокормить впятеро больше людей – 1 чел./га, поэтому буренок в деревнях берегут как зеницу ока.

Земледелие способно обеспечить еще большую плотность населения; даже при скромной урожайности зерновых 10 ц/га это составляет 2 чел./га. Несколько неожиданно, но масличные культуры (например, оливковые деревья) могут прокормить примерно столько же человек, если считать только по калориям.

Поскольку людям нужно сбалансированное по жирам, белкам и углеводам питание, специализация разных регионов на «своих» сельскохозяйственных культурах сделала торговлю необходимым элементом неолитического технологического пакета, что, в свою очередь, привело к развитию письменности, мореплавания и связанных с ними ремесел, включая металлургию.

Морская и речная торговля на порядки выгоднее сухопутной по энергозатратам и до появления двигателей на ископаемом топливе была единственным способом обмена пищевыми продуктами массового спроса. Действительно, гужевой транспорт сам потребляет зерновые в таком количестве, которое исключает его транспортировку на далекие расстояния. Так, лошадь способна за сутки перевезти 200 кг на 40 км^[16]. При этом она сама потребляет более 10 кг фуража в день. Значит, за 10 дней (400 км) лошадь съест более половины груза, а с учетом обратной дороги – весь свой груз. Таким образом, рентабельные сухопутные перевозки пищевых продуктов, транспортная составляющая которых не превышает 10 %, ограничены одним суточным переходом, то есть 40 км. Действительно, среднее расстояние между европейскими городами в середине XIX века составляло сопоставимые 20–30 км^[17].

Давайте оценим предельную мощность такой аграрной цивилизации, в которой основным источником свободной энергии является мускульная сила животных. Вспомним, что аграрные поселения привязаны к поймам судоходных рек, общая длина которых равна примерно 7 × 10⁵ км^[18]. Логично ограничить ширину заселения примерно 8 км (по 1 часу ходьбы на работу и с работы в обе стороны от жилья). Это даст нам предельную площадь обрабатываемых земель: 5 × 10⁶ км² = 5 × 10⁸ га. Плюс еще примерно вдвое больше лугов для скота (он может проходить и по 12 км туда и обратно). В итоге получим предельную численность населения с аграрным технологическим пакетом: 2 чел./га × 5 × 10⁸ га = 1 млрд чел.

Энергетическая мощность сельскохозяйственной цивилизации определяется поголовьем тяглового скота. При средней урожайности лугов 1 т сена/га один гектар может прокормить 0,2 лошади^[19]. Следовательно, при вдвое большей площади под луга, чем под пашню, то есть имея 10⁹ га, люди смогут заготовить 10⁹ т сена для 200 млн лошадей. Получаем исторически обоснованное соотношение 0,2 лошади на человека, то есть энерговооруженность такой цивилизации равна: 0,2 × 735 Вт = 150 Вт/чел. (в 2,5 раза больше собственных 60 Вт/чел.).

Можно добавить сюда еще и энергию ветра – основу всей морской торговли. Однако в общем энергетическом балансе ее роль, за редкими исключениями, была невелика. Так, если принять, что установленная парусная мощность в лошадиных силах примерно равна водоизмещению в тоннах^[20], то голландский флот второй половины XVII века общим водоизмещением около 3 млн т был сравним по мощности с 3 млн лошадей^[21], притом что население Нидерландов того времени составляло 2 млн человек. Таким образом, именно энергия ветра была самым важным источником экономической мощи Соединенных провинций. Впрочем, эту страну в разгар развернувшейся там «нулевой» промышленной революции уже нельзя считать аграрной. Скажем, объединенный флот Франции и Англии того же времени был вдвое меньшим, а суммарное население – на порядок больше (23 млн чел.), чем у Нидерландов. Так что «установленная мощность» ветровой энергии для них была эквивалентна 1,5 млн лошадей, или 1/15 лошадей/чел., – втрое меньше, чем «сухопутные» ¹/₅ лошадей/чел.

Таким образом, аграрная цивилизация может прокормить в 100 раз больше людей, чем палеолитическая, и обеспечить более чем втрое бóльшую энерговооруженность каждого жителя^[22].

Кроме еды человеку нужен еще и огонь для готовки и обогрева, особенно в умеренных и северных широтах: около 1 м³ дров/чел. в год^[23]. Поскольку 1 га соснового леса дает прирост 2 м³ в год^[24], он может обогреть двух человек, то есть площадь доступных для вырубки лесов должна быть не меньше площади пашни. Доступный лес – это территория, расположенная не далее половины дневного перехода гужевого транспорта, то есть не далее 20 км. Площадь вокруг города с таким радиусом вполне достаточна для пропитания и обогрева небольшого города с населением до 60 000 человек^[25]. Действительно, средневековые города обычно насчитывали не более нескольких десятков тысяч жителей, а такие крупные города, как Венеция или Флоренция, с населением порядка 100 000 человек, были скорее исключением^[26].

Таким образом, мы «рассчитали» образ жизни людей (способ расселения плюс энерговооруженность) в аграрной цивилизации – деревни и небольшие города по берегам судоходных рек (особенно вблизи побережья морей и океанов, по которым осуществляется морская торговля) с использованием тягловой силы животных – по 0,2 л. с./чел. Предел численности такой цивилизации – 1 млрд человек – был в реальности достигнут к концу XVIII века. Дальнейший рост был возможен только в рамках следующего – индустриального – технологического уклада. И действительно, приблизительно в это время в Европе началась (первая) промышленная революция.