Страница:
Второй этап производства - потребление энергии для обработки материала.
Использование изделий на конечной стадии жизни изделия - также деятельность
потребления. Изделия выбрасываются из-за того, что они сломались без
возможности ремонта, или стали устаревшими, или не в моде. Эти
индустриальные отходы от процесса производства серьезно загрязняют землю.
Процесс производства расплачивается изделиями, которые были выброшены в
окружающую среду и стали причиной многих печально известных фактов
загрязнения. Это ограниченность экономики, если она не рассматривает
ухудшение окружающей среды как фактор стоимости.
3.2.3. Энтропия и энергетический баланс
3.2.3.1. Термодинамика процесса производства
Самая обычная используемая мера термодинамической эффективности -
энтропия. Общий процесс производства показан на рис.3.1. Символы определены
в табл.3.1.
_Ресурсы для производства имеют внутреннюю энергию U, объем V и
энтропию S. Изделия и отходы производственной системы имеют внутреннюю
энергию (U - "U), объем V + "V и энтропию S + "S = S+ "Sизделие + "Sотходы.
Количество (P out "V) обозначает работу при увеличении объема ресурса.
3.2.3.2. Баланс энтропии
Энтропия высвобождается из системы производства двумя путями:
1) с изделиями и отходами ("Sизделие + "Sотходы);
2) с теплом "S тепло.
_Обозначим out полную энтропию, выделенную в процессе производства.
Тогда:
out = S + "Sизделие + "Sотходы + "S тепло . (3.1.)
Энтропия "S тепло, выделенная с теплом, рассчитывается как
"S тепло = q / T env (3.2.)
Тепловая энтропия выделяется заводом в окружающую среду, например,
через морскую воду, используемую как хладагент. Большинство заводов требует
специальных типов охлаждающих сооружений, чтобы выпустить энтропию высокой
температуры "S тепло.
_Приток энтропии in к производственной системе равен
in = S. (3.3.)
Баланс энтропии
= out - in (3.4.)
Таким образом, энтропия S, сгенерированная в процессе производства,
задается формулой:
= "Sизделие + "Sотходы + q / T env (3.5.)
Эта энтропия является суммой энтропий, вносимых изделиями, отходами и
тепловой энтропией q / T env . С другой стороны, баланс энергии дает
U = W + Penv"V + q + U - "U (3.6.)
или
"U = W + Penv "V+ q. (3.7.)
Исключение q из уравнений (3.5.) и (3.7.) дает энергию W, доступную для
производственной системы:
W = "U + T env "S - Penv"V - T env . (3.8.)
Определим символом "Г максимальное количество энергии, доступной для
производственного процесса, если энтропия не выделялась ( = 0).
"Г = "U + T env "S - Penv"V, W = "Г - T env . (3.9.)
Эта энергия "Г может называться эксергией. Если объем ресурса
увеличивается значительно (то есть "U велико) или если большое количество
энтропии произведено в процессе производства, то энергия W, доступная для
производственной системы, мала.
_Заинтересованный читатель может обратиться к любому стандартному
учебнику термодинамики и, в особенности, к книге Кеннета Денбига (Kenneth
Denbigh) для всесторонней проработки философских и математических основ
термодинамики глобальных систем [10].
3.2.3.3. Выход энтропии в окружающую среду
Если энтропия выпускается в окружающую среду через морскую воду,
используемую как хладагент, происходит загрязнение моря. Энтропия,
выпущенная с изделиями и отходами, накапливаются в окружающей среде,
заводских свалках и отстойных прудах. Отслужив срок, изделия также
становятся отходами.
_Если бы Земля была закрытой системой, то энтропия, произведенная
индустриальными процессами, постоянно бы накапливалась, и Земля в конечном
счете умерла бы в результате повышения температуры. К счастью, Земля - не
закрытая, а открытая устойчивая система. Другими словами, выбрасываемая
энтропия тепла
"S out = q / T out (3.10.)
выходит в космос через атмосферу.
3.2.3.4. Выход энтропии через атмосферу
Предположим, что земная поверхность получает от Солнца количество тепла
Q
Q = 77 ккал / кв.см х год. (3.11.)
Примем среднюю температуру поверхности Земли за T1
T1 = 288 K = 15 C (3.12.)
Тогда приток энтропии к земной поверхности S1 рассчитывается как
S1 = Q / T1 = 77 / 288 = 0,267 ккал / (кв.см х год х градус). (3.13.)
_Высокая температура от Солнца подогревает воду и воздух и выпаривает
воду. Пар достигает атмосферы, адиабатически расширяется, охлаждается и
уплотняется. В течение процесса охлаждения высокая температура выходит в
открытый космос через инфракрасную радиацию. Предположим, что эта тепловая
радиация проходит при температуре T2 = 250 K = -23 C.
_Тогда энтропия S2, выпущенная в открытый космос, рассчитывается как
S2 = Q / T2 = 77 / 250 = 0,308 ккал / (кв.см х год х градус). (3.14.)
Таким образом, чистое количество энтропии, выпущенной в космос,
равняется
S2 - S1 = 0,308 - 0,267 = 0,04 ккал / (кв.см х год х градус). (3.15.)
Отток энтропии подвержен изменениям из-за смены сезонов, лет, положения
Земли и Солнца и солнечной активности. Но эти изменения относительно малы, и
Земля может рассматриваться как открытая устойчивая система.
Вода - главный носитель избыточной энтропии. Некоторые ученые
утверждают, что прямая радиация из атмосферы и конвекция в атмосфере также
уносят энтропию в космос. Земля имеет механизмы выпуска энтропии в космос. В
этом отношении Земля подобна живому организму.
3.2.3.5. Накопление энтропии на Земле
Выпуск энтропии S2 - S1 предохраняет Землю от смерти из-за накопления
энтропии. Однако этот механизм выпуска не работает с энтропией, накопленной
в отходах производства.
_Индустриальные отходы обычно обрабатываются установками для сжигания
отходов и преобразуются в тепло и пепел. Органические составы хлора типа
хлорвинила трудно обрабатывать. Потому что их сгорание порождает высокую
температуру и соединения хлора, которые повреждают установки для сжигания
отходов. Эти ненужные отходы часто закапывают в ямах у подножия горных
хребтов или предгорных областей. Ядовитые материалы и тяжелые металлы
просачиваются из ям и текут на фермерские поля, расположенные рядом.
_Хотя количество энтропии S2 - S1 постоянно выпускается в космос
согласно уравнению (3.15.), но первый выпуск энтропии от производства
происходит через морскую воду или дымовые трубы. Таким образом, если такие
типы выпуска энтропии сконцентрированы в местном масштабе, то они вызывают
много локальных проблем.
Например, энтропия производственных процессов на единицу площади в
Японии уже достигла уровня, сопоставимого с энтропией погоды. Такое большое
количество выпуска энтропии от процессов производства может вызвать местные
изменения климата, несмотря на глобально выпускаемую энтропию S2 - S1 в
космос.
Сгорание ископаемого топлива производит вредные газы типа SO2 и
вызывает рост температуры Земли. Хотя нефть - ресурс низкой энтропии, она
производит некоторое количество SO2. Уголь производит гораздо большее
количество SO2, чем нефть. Парниковый эффект вследствие SO2 может вызвать
рост температуры, порождая непоправимые потери для Земли.
_Атомные электростанции производят электричество путем ядерных реакций,
которые:
1) производят большое количество радиоактивных отходов
2) постоянно выпускают некоторое количество радиации
3) имеют риск цепных реакций типа чернобыльской катастрофы.
_В заключение, Земля - это динамическая открытая система, которая
достигает своего теплового баланса, выпуская энтропию S2 - S1 в космос.
Однако в местном масштабе сконцентрированное скопление энтропии может
изменить климатические условия на Земле. Далее, "материальные энтропии" SO2
синтетических материалов типа хлорвинила и радиоактивных материалов трудно
выпустить в космос подобно тепловой энтропии, поэтому они вызывают серьезное
загрязнение Земли.
3.2.3.6. Энтропия материалов
Относительно энтропии материалов следует отметить следующие моменты.
Расмотрим, например, бутылки пива. Энтропия (то есть степень беспорядка)
ненужных бутылок не будет увеличиваться, если они собраны как бутылку и
многократно используются. Точно так же, если ненужные материалы собраны в
компактной форме, степень генерации материальной энтропии значительно
уменьшиться. Однако ненужная энтропия бутылки увеличивается, если она
разбита на части для переработки в стекло для бутылок. Неразбитые бутылки
пива и из разбитые двойники являются тем же самым стеклянным материалом.
Однако рассеянные части имеют более высокую энтропию и могут вызвать
неприятности.
_Переработка разбитых стеклянных бутылок в новые бутылки остается
предметом тщательного анализа в терминах накопления энтропии. Может
обнаружиться, что переработка - не лучший способ действия с земной точки
зрения. Система обращения материалов должна быть установлена согласно
анализу, основанному на энтропии всей земной системы, чтобы решить проблемы
загрязнения. Этот предмет будет описан в гл.8. По своей сути, производство -
процесс увеличения энтропии.
_Другой процесс, который ведет к генерации энтропии, - информационные
системы. Концепция информационной энтропии была развита Шенноном и
одновременно другими учеными, когда информационная супермагистраль, 100
каналов телевидения в главных городах, мировые аналоговые и цифровые сети,
СВ радио, голограммы и проекты звездных войн были еще неизвестны и
невообразимы. Эта энтропия, связанная с нагромождением часто
непроизводительной информации, также должна быть исследована.
3.2.4. Философия циркуляции
3.2.4.1. органическое сельское хозяйство
В традиционном сельском хозяйстве люди использовали органические
удобрения и отходы перерабатывались. Другими словами, концепция отходов в
строгом смысле не существовала. Например, солома и экскременты от людей,
коров, лошадей и свиней использовались как удобрение, компост или как
источник энергии газа метана через брожение. Другими словами, каждый
органический материал многократно использовался. Существовала система
циркуляции воды. Древесина для топлива собиралась в маленьком масштабе без
причинения каких-либо вредных воздействий на рост леса. Разнообразные
животные и сельские хозяйства формировали экосистемы, и люди, как члены
экосистем, поддерживали системы циркуляции. Хотя люди изменяли природу в
традиционном сельском хозяйстве, они все еще взаимодействовали с ней, были
связаны с природой и бессознательно защищали экосистему, которую они
воспринимали как сельский пейзаж, ирригационные каналы и рисовые поля, столь
знакомые людям.
3.2.4.2. Промышленное сельское хозяйство
Индустриализация сельского хозяйства, которая последовала за
традиционным сельским хозяйством, драматично изменила вышеупомянутую
ситуацию:
1) солома сжигалась, вызывая загрязнение воздуха;
2) экскременты от людей и животных сбрасывались в реки, что привело к
загрязнению рек;
3) другие органические материалы тоже сбрасывали в реки, увеличивая
биологическую потребность в кислороде и уровень органического загрязнения
воды;
4) леса сокращались, и уменьшалась их способность удерживать воду, что
породило эрозию в сельском хозяйстве и деградирование качества воздуха;
5) широкомасштабное использование неорганических удобрений и химикатов
сделало почву более жесткой и обедненной, загрязнило воздух и воду.
3.2.4.3. Индустриальное общество
Современное индустриальное общество еще быстрее урезает цепочки
циркуляции. Процесс производства стал процессом потребления, в котором:
1) тепловая и материальная энтропия увеличиваются на Земле, превышая
уровень максимального количества, который может быть выпущен через атмосферу
в космос;
2) Земля потеряла свое стабильное устойчивое состояние;
3) экосистемы были жестко урезаны;
4) устойчивая человеческая жизнь была поставлена под вопрос.
3.2.4.4. Технология и homo-безумие
Современная наука и технология появились вследствие индустриальной
революции и продолжают развиваться по экспоненте. Прогрессивные технологии
могут быть расценены как кристаллизация человеческой мудрости. В то же время
эти технологии заменили производство процессами потребления, экспоненциально
увеличивающими энтропию на Земле Это может быть расценено как проявление
аспекта homo-безумия. Один из двух столпов современной технологии -
homo-безумие. Обе противостоящие силы, homo sapiens и homo-безумие, ветви
одного корня: homo-болтливости.
_Современная технология, по мнению философов, в ее существующей форме
вредна, потому что она превращает Землю в мертвую планету. Истинные
технологии, важные для людей, должны включать в себя рециркуляционные
системы. Установление принципов рециркуляции для современной технологии
является неотложным делом.
3.3. Технология и мастерство
3.3.1. Технология
Как описано выше, технология основана на общественных знаниях.
Технология представляется явно, и каждый может изучать и применять их. В
технологическом обществе остается относительно узкое место для выражения
индивидуальной самобытности. Технологическая рабочая сила имеет тенденцию
быть монотонной, имеет меньше мотивации для индивидуумов и делает
человеческую жизнь свободной от индивидуальной цели и индивидуальности.
3.2.3. Мастерство
Мастерство, с другой стороны, является человеческим усилием, полным
индивидуальности и личного замысла. Для индивидуальной свободы нужен
простор, чтобы быть оригинальным и мастерски выполнять работу.
3.3.3. Мастерство, поддерживаемое технологией
Медицинские или академические направления деятельности часто включают в
себя мастерство. Не все хирурги могут сшивать кровеносный сосуд диаметром 1
мм. Большинству хирургов требуется медицинский микроскоп. Мастерство
развивается через технологию.
_Академические достижения оцениваются сегодня по тому, как личная
незаурядность и подход дают новые результаты. Исследователи могут
погружаться в свою работу, потому что к этому их побуждает мотивация.
Академические виды деятельности также поддерживаются широким разнообразием
технологий типа компьютеров.
_Мастерство - личное усилие, а технология - усилие общественное.
Мастерское выполнение работы возможно только через взаимодействие мастерства
и технологии.
3.3.4. Мастерство, замененное технологией
Навыки исторически были преобразованы в технологию. Мастерское
выполнение работы вчера заменяется технологией сегодня. Когда каждый может
выполнить задачу, навык прекращает быть мастерством. Области мастерства
стали более узкими, в то время как технологии расширяются. Эта тенденция,
как принято считать, является прогрессом, но это снижает персональные
подходы, творческие действия и мотивацию работать и вносить вклад в развитие
общества.
_Важны нетехнические задачи, слегка превышающие уровень личной
талантливости, потому что люди могут показывать свою изобретательность.
Большие удовлетворения могут быть испытаны, когда они вызывают процессы
решения новых проблем после завершения задачи; они учатся на уроках и
получают больше уверенности. Увлеченность только техническими задачами будет
не только лишать людей мотивации, но также вредить им в психологическом
отношении.
3.3.5. Мастерство и человек
Навыки были заменены технологиями. Мы должны развить новые навыки,
чтобы исследовать и шаг за шагом расширять области мастерства, используя
технологии, которые заменили предыдущие навыки. Примером такого процесса
является цепочка: ручное вычисление - логарифмические таблицы - механический
калькулятор - электронный калькулятор - компьютер - экспертные системы с
искусственным интеллектом - ..., в которой новое мастерство появляется,
когда мы применяем новые технологии как инструменты для мысли.
_В современном индустриальном обществе исключительное предпочтение
отдается технологиям. Области мастерства сужаются. Эта тенденция может быть
исправлена при:
1) переходе от массового производства и крупномасштабной промышленности
к разнообразию отраслей промышленности маленького масштаба;
2) установлении систем циркуляции материала и энергии.
_Тогда больше внимания уделялось бы демонстрации мастерства и личной
инициативе.
Глава 4 ИСТОРИЯ НАУКИ И ТЕХНОЛОГИИ
4.1. Античная цивилизация
Первые цивилизации, Шумеры и Вавилон, появились приблизительно 3500 лет
до н.э. в Месопотамии - Земле, простирающейся между реками Тигром и
Евфратом. Плоды месопотамской цивилизации были унаследованы Египтом, где
человечество положило начало развитию науки и технологии. Хотя наука и
технология в те дни значительно отличались от теперешних, основы современной
науки и технологии были положены именно в Древнем Египте. Весьма важно
исследовать эти древние цивилизации и начальные формы науки и технологии,
чтобы пролить свет на особенности и тенденции развития науки и технологии в
современной цивилизации. Этот раздел описывает древние восточно-евразийские
цивилизации, науку и технологию в Месопотамии (3500 лет до н.э.), Египет
(3000 лет до н.э.), долине р. Инд (2500 лет до н.э.) и Китае (2200 лет до
н.э.). На рис. 4.1. показана хронология событий.
4.1.1. Месопотамия и Египет
4.1.1.1. Сельское хозяйство
Сельскохозяйственная революция, которая постепенно набирала силу
приблизительно с 10000 лет до н.э., значительно увеличила производительность
и привела к излишку продукции, что, в свою очередь, способствовало развитию
городов.
_Длинная и узкая земля Месопотамии не была оптимальной для сельского
хозяйства, и поэтому возник подходящий стимул для общественной реформы,
вызванной потребностью улучшить неидеальные условия для сельского хозяйства.
Избыточное благосостояние способствовало развитию правящего класса, который
должен был так реформировать общество, чтобы организовать огромную
человеческую рабочую силу в мегамашину.
4.1.1.2. Буквы, числа и управление
Города формировались для поддержки скотоводства и сельского хозяйства.
Средства и приспособления разрабатывались в городах, чтобы организовать
рабочую силу более эффективного использования земли и эксплуатации ее
природных богатств. Вот примеры этих средств и приспособлений:
1) письменность, чтобы делать записи поступающих и убывающих изделий и
продуктов;
2) астрология как ранняя форма астрономии для создания календаря;
3) арифметические и числовые таблицы для расчетов, например, вычисления
необходимого количества кирпичей как строительного материала;
4) бронзовые инструменты (сделаны из сплава меди и олова), включая
лопату.
Использование металлических инструментов стало символом:
1) "нации" с мощной системой управления;
2) "цивилизации" с избытком продукции и энергической эксплуатацией
ресурсов.
Это - взгляд на историю с точки зрения развития орудий труда.
_Изобретение письменности как революции интеллекта было также символом
цивилизации. Это - направление исторического развития коммуникаций.
Названные выше средства, приспособления и методы коммуникации
взаимодействовали друг с другом и по-своему влияли на историю. Исследования
роли этих средств и письменности тех дней необходимо для понимания
сегодняшней информационной революции.
_Письменность и числа, выгравированные на глиняных дощечках, найденных
в храмах Месопотамии, содержат записи о еженедельных изменениях прибавочных
продуктов. Сила божественной мощи и справедливости цивилизации античных
городов символизируется скорее этими отчетами о прибавочном продукте, чем
огромными оставленными нам храмами.
_Египетская цивилизация, наследник месопотамской цивилизации, строила
огромные пирамиды. Однако эти пирамиды были построены, по сегодняшним
меркам, с помощью невероятно примитивных инструментов и устройств. Это
пример сложной организации человеческих трудовых ресурсов в мегамашину,
которая позволила осуществить проекты типа гигантских пирамид. Без
письменности и арифметики систематическая организация человеческой рабочей
силы была ба невозможна.
_Появление письменности создало разделительную линию между двумя
периодами: первый период без исторических документов, а второй период с
документами. Мы не можем пренебрегать влиянием металлических инструментов на
ход человеческой истории. Было бы гораздо труднее строить пирамиды без этих
инструментов; они были полезными компонентами мегамашины. Письменность,
арифметика и инструменты есть внешнее проецирование человеческих функций. Их
развитие характеризовало цивилизацию.
_Традиционный взгляд на историю основан на развитии инструментов:
1) эпоха палеолита (каменный век) (3500000 - 5000 лет до н.э.);
2) эпоха неолита ( с 5000 лет до н.э.);
3) бронзовая эпоха ( 6000 - 500 лет до н.э.);
4) железная эпоха ( с 1000 лет до н.э.).
Даты перекрывают друг друга в зависимости от части света, которая
рассматривается.
_Можно спорить, что цивилизации происходят, с одной стороны, от
божественного права королей и, с другой стороны, от систематизации
человеческой рабочей силы. Это указывает, что управление было решающим
фактором для рождения цивилизаций и что письменность и арифметика играли
важную роль. Определенная "систематизация информации", вероятно,
существовала еще с доисторических времен. Системы письменности были
изобретены в то время для нужд управления. Это, в свою очередь, создало
древние цивилизации, включающие в себя первые нации, имевшие управление.
Металлические инструменты вместе с письменностью ускоряли развитие
цивилизаций. Здесь следует вспомнить, что человек в одно и то же время homo
faber (животное, использующее инструменты) и homo sapiens (животное с
интеллектом).
_Письменность была ограничена примитивными клинообразными символами,
арифметика ограничивалась простыми недесятичными числами; умножение
упрощалось повторяющимися сложениями. Однако эти записи и числа облегчали
управление прибавочным продуктом, систематизацию механизмов управления и
строительство таких огромных зданий, как храмы. Пирамиды не имели никакого
отношения к улучшению качества человеческой жизни. Существование знания и
структур власти, которые строили пирамиды, и факт, что правители позволяли
такие непрактичные действия, иллюстрирует два аспекта людей: мудрость и
безумие.
4.1.2. Индия
4.1.2.1. Индуистская цивилизация
Индуистская цивилизация (2400 - 1600 лет до н.э.), вероятно, имела свои
корни в Месопотамии. Самые большие памятники этой цивилизации - два
высокоразвитых города, Мохеннджо-Даро и Хараппа, в нижнем течении Инда.
Цивилизация долины Инда закончила свое существование с вторжением арийцев,
племен скотоводов-кочевников, которые были воинствующими всадниками,
вооруженными бронзовым оружием. Коренное население стало рабами. Арийцы
наследовали цивилизацию Инда, развили ее культуру. Вскоре после изобретения
железа вся долина Ганга была колонизирована. Арийцы построили основы
индийской цивилизации, которая жива и поныне, несмотря на британскую
колонизацию. Древние цивилизации Индии не раз подвергались повторным циклам
процветания и упадка.
4.1.2.2. Изобретение ноля
Двумя самыми большими событиями с точки зрения науки были изобретение
ноля и десятичной системы исчисления в индусской математике.
_Приблизительно десять народов были вовлечены в войны в процессе
формирования индийской культуры. Буддизм был рожден где-то в VIII или VI
столетии до н.э., чтобы освободить людей от боли и страдания тех дней. В то
же самое время индуизм появился как новая мировая религия, объединявшая все
разнообразие религий, существовавших до него. Из-за сильного влияния
философии Упанишад индуизм и буддизм были более "философскими", чем
"религиозными" системами. Религия и философия в Индии характеризовались
идеей нигилизма или пустоты. Концепция ноля была рождена вследствие этой
идеи, которая привела к десятичной системе исчисления. Древнегреческие
числовые системы были геометрическими и не имели никаких концепций систем
исчисления. Индусская математика, которая имела дело с примитивными
алгебраическими уравнениями, попала к арабским математикам. Которые
сформировали основы отдельной ветви математики, известной сегодня как
алгебра. Было бы гораздо труднее разработать алгебру без индусских
математиков, которые изобрели ноль и десятичную систему исчисления.
Изобретение ноля стало эпохальным событием в истории не только математики,
но также и "систем интеллекта". Изобретение знаменовало начало глубоких
абстрактных концепций: ноль как пустота отличался от бесконечно малого
количества, полученного бесконечным процессом деления, известного как
аргументы Зенона в греческой математике. Изобретение потребовало абстрактной
концептуальной силы, которую греческая математика никогда не имела.
4.1.3. Греция
Известно, что корни современной науки лежат в греческой науке, которая
достигла своего Золотого века приблизительно в V столетии до н.э. Греческая
наука была первой попыткой установить мировоззрение, основанное на
рациональности. Наука в Греции появилась раньше, чем в Древней Индии.
Греческая наука была также основой естественной философии, из которой
появилась современная наука и технологии. Выдающимися греческими философами
и учеными были:
1) Фалес (640 - 546 до н.э.) и Анаксимандр (610 - 547 до н.э.) -
Использование изделий на конечной стадии жизни изделия - также деятельность
потребления. Изделия выбрасываются из-за того, что они сломались без
возможности ремонта, или стали устаревшими, или не в моде. Эти
индустриальные отходы от процесса производства серьезно загрязняют землю.
Процесс производства расплачивается изделиями, которые были выброшены в
окружающую среду и стали причиной многих печально известных фактов
загрязнения. Это ограниченность экономики, если она не рассматривает
ухудшение окружающей среды как фактор стоимости.
3.2.3. Энтропия и энергетический баланс
3.2.3.1. Термодинамика процесса производства
Самая обычная используемая мера термодинамической эффективности -
энтропия. Общий процесс производства показан на рис.3.1. Символы определены
в табл.3.1.
_Ресурсы для производства имеют внутреннюю энергию U, объем V и
энтропию S. Изделия и отходы производственной системы имеют внутреннюю
энергию (U - "U), объем V + "V и энтропию S + "S = S+ "Sизделие + "Sотходы.
Количество (P out "V) обозначает работу при увеличении объема ресурса.
3.2.3.2. Баланс энтропии
Энтропия высвобождается из системы производства двумя путями:
1) с изделиями и отходами ("Sизделие + "Sотходы);
2) с теплом "S тепло.
_Обозначим out полную энтропию, выделенную в процессе производства.
Тогда:
out = S + "Sизделие + "Sотходы + "S тепло . (3.1.)
Энтропия "S тепло, выделенная с теплом, рассчитывается как
"S тепло = q / T env (3.2.)
Тепловая энтропия выделяется заводом в окружающую среду, например,
через морскую воду, используемую как хладагент. Большинство заводов требует
специальных типов охлаждающих сооружений, чтобы выпустить энтропию высокой
температуры "S тепло.
_Приток энтропии in к производственной системе равен
in = S. (3.3.)
Баланс энтропии
= out - in (3.4.)
Таким образом, энтропия S, сгенерированная в процессе производства,
задается формулой:
= "Sизделие + "Sотходы + q / T env (3.5.)
Эта энтропия является суммой энтропий, вносимых изделиями, отходами и
тепловой энтропией q / T env . С другой стороны, баланс энергии дает
U = W + Penv"V + q + U - "U (3.6.)
или
"U = W + Penv "V+ q. (3.7.)
Исключение q из уравнений (3.5.) и (3.7.) дает энергию W, доступную для
производственной системы:
W = "U + T env "S - Penv"V - T env . (3.8.)
Определим символом "Г максимальное количество энергии, доступной для
производственного процесса, если энтропия не выделялась ( = 0).
"Г = "U + T env "S - Penv"V, W = "Г - T env . (3.9.)
Эта энергия "Г может называться эксергией. Если объем ресурса
увеличивается значительно (то есть "U велико) или если большое количество
энтропии произведено в процессе производства, то энергия W, доступная для
производственной системы, мала.
_Заинтересованный читатель может обратиться к любому стандартному
учебнику термодинамики и, в особенности, к книге Кеннета Денбига (Kenneth
Denbigh) для всесторонней проработки философских и математических основ
термодинамики глобальных систем [10].
3.2.3.3. Выход энтропии в окружающую среду
Если энтропия выпускается в окружающую среду через морскую воду,
используемую как хладагент, происходит загрязнение моря. Энтропия,
выпущенная с изделиями и отходами, накапливаются в окружающей среде,
заводских свалках и отстойных прудах. Отслужив срок, изделия также
становятся отходами.
_Если бы Земля была закрытой системой, то энтропия, произведенная
индустриальными процессами, постоянно бы накапливалась, и Земля в конечном
счете умерла бы в результате повышения температуры. К счастью, Земля - не
закрытая, а открытая устойчивая система. Другими словами, выбрасываемая
энтропия тепла
"S out = q / T out (3.10.)
выходит в космос через атмосферу.
3.2.3.4. Выход энтропии через атмосферу
Предположим, что земная поверхность получает от Солнца количество тепла
Q
Q = 77 ккал / кв.см х год. (3.11.)
Примем среднюю температуру поверхности Земли за T1
T1 = 288 K = 15 C (3.12.)
Тогда приток энтропии к земной поверхности S1 рассчитывается как
S1 = Q / T1 = 77 / 288 = 0,267 ккал / (кв.см х год х градус). (3.13.)
_Высокая температура от Солнца подогревает воду и воздух и выпаривает
воду. Пар достигает атмосферы, адиабатически расширяется, охлаждается и
уплотняется. В течение процесса охлаждения высокая температура выходит в
открытый космос через инфракрасную радиацию. Предположим, что эта тепловая
радиация проходит при температуре T2 = 250 K = -23 C.
_Тогда энтропия S2, выпущенная в открытый космос, рассчитывается как
S2 = Q / T2 = 77 / 250 = 0,308 ккал / (кв.см х год х градус). (3.14.)
Таким образом, чистое количество энтропии, выпущенной в космос,
равняется
S2 - S1 = 0,308 - 0,267 = 0,04 ккал / (кв.см х год х градус). (3.15.)
Отток энтропии подвержен изменениям из-за смены сезонов, лет, положения
Земли и Солнца и солнечной активности. Но эти изменения относительно малы, и
Земля может рассматриваться как открытая устойчивая система.
Вода - главный носитель избыточной энтропии. Некоторые ученые
утверждают, что прямая радиация из атмосферы и конвекция в атмосфере также
уносят энтропию в космос. Земля имеет механизмы выпуска энтропии в космос. В
этом отношении Земля подобна живому организму.
3.2.3.5. Накопление энтропии на Земле
Выпуск энтропии S2 - S1 предохраняет Землю от смерти из-за накопления
энтропии. Однако этот механизм выпуска не работает с энтропией, накопленной
в отходах производства.
_Индустриальные отходы обычно обрабатываются установками для сжигания
отходов и преобразуются в тепло и пепел. Органические составы хлора типа
хлорвинила трудно обрабатывать. Потому что их сгорание порождает высокую
температуру и соединения хлора, которые повреждают установки для сжигания
отходов. Эти ненужные отходы часто закапывают в ямах у подножия горных
хребтов или предгорных областей. Ядовитые материалы и тяжелые металлы
просачиваются из ям и текут на фермерские поля, расположенные рядом.
_Хотя количество энтропии S2 - S1 постоянно выпускается в космос
согласно уравнению (3.15.), но первый выпуск энтропии от производства
происходит через морскую воду или дымовые трубы. Таким образом, если такие
типы выпуска энтропии сконцентрированы в местном масштабе, то они вызывают
много локальных проблем.
Например, энтропия производственных процессов на единицу площади в
Японии уже достигла уровня, сопоставимого с энтропией погоды. Такое большое
количество выпуска энтропии от процессов производства может вызвать местные
изменения климата, несмотря на глобально выпускаемую энтропию S2 - S1 в
космос.
Сгорание ископаемого топлива производит вредные газы типа SO2 и
вызывает рост температуры Земли. Хотя нефть - ресурс низкой энтропии, она
производит некоторое количество SO2. Уголь производит гораздо большее
количество SO2, чем нефть. Парниковый эффект вследствие SO2 может вызвать
рост температуры, порождая непоправимые потери для Земли.
_Атомные электростанции производят электричество путем ядерных реакций,
которые:
1) производят большое количество радиоактивных отходов
2) постоянно выпускают некоторое количество радиации
3) имеют риск цепных реакций типа чернобыльской катастрофы.
_В заключение, Земля - это динамическая открытая система, которая
достигает своего теплового баланса, выпуская энтропию S2 - S1 в космос.
Однако в местном масштабе сконцентрированное скопление энтропии может
изменить климатические условия на Земле. Далее, "материальные энтропии" SO2
синтетических материалов типа хлорвинила и радиоактивных материалов трудно
выпустить в космос подобно тепловой энтропии, поэтому они вызывают серьезное
загрязнение Земли.
3.2.3.6. Энтропия материалов
Относительно энтропии материалов следует отметить следующие моменты.
Расмотрим, например, бутылки пива. Энтропия (то есть степень беспорядка)
ненужных бутылок не будет увеличиваться, если они собраны как бутылку и
многократно используются. Точно так же, если ненужные материалы собраны в
компактной форме, степень генерации материальной энтропии значительно
уменьшиться. Однако ненужная энтропия бутылки увеличивается, если она
разбита на части для переработки в стекло для бутылок. Неразбитые бутылки
пива и из разбитые двойники являются тем же самым стеклянным материалом.
Однако рассеянные части имеют более высокую энтропию и могут вызвать
неприятности.
_Переработка разбитых стеклянных бутылок в новые бутылки остается
предметом тщательного анализа в терминах накопления энтропии. Может
обнаружиться, что переработка - не лучший способ действия с земной точки
зрения. Система обращения материалов должна быть установлена согласно
анализу, основанному на энтропии всей земной системы, чтобы решить проблемы
загрязнения. Этот предмет будет описан в гл.8. По своей сути, производство -
процесс увеличения энтропии.
_Другой процесс, который ведет к генерации энтропии, - информационные
системы. Концепция информационной энтропии была развита Шенноном и
одновременно другими учеными, когда информационная супермагистраль, 100
каналов телевидения в главных городах, мировые аналоговые и цифровые сети,
СВ радио, голограммы и проекты звездных войн были еще неизвестны и
невообразимы. Эта энтропия, связанная с нагромождением часто
непроизводительной информации, также должна быть исследована.
3.2.4. Философия циркуляции
3.2.4.1. органическое сельское хозяйство
В традиционном сельском хозяйстве люди использовали органические
удобрения и отходы перерабатывались. Другими словами, концепция отходов в
строгом смысле не существовала. Например, солома и экскременты от людей,
коров, лошадей и свиней использовались как удобрение, компост или как
источник энергии газа метана через брожение. Другими словами, каждый
органический материал многократно использовался. Существовала система
циркуляции воды. Древесина для топлива собиралась в маленьком масштабе без
причинения каких-либо вредных воздействий на рост леса. Разнообразные
животные и сельские хозяйства формировали экосистемы, и люди, как члены
экосистем, поддерживали системы циркуляции. Хотя люди изменяли природу в
традиционном сельском хозяйстве, они все еще взаимодействовали с ней, были
связаны с природой и бессознательно защищали экосистему, которую они
воспринимали как сельский пейзаж, ирригационные каналы и рисовые поля, столь
знакомые людям.
3.2.4.2. Промышленное сельское хозяйство
Индустриализация сельского хозяйства, которая последовала за
традиционным сельским хозяйством, драматично изменила вышеупомянутую
ситуацию:
1) солома сжигалась, вызывая загрязнение воздуха;
2) экскременты от людей и животных сбрасывались в реки, что привело к
загрязнению рек;
3) другие органические материалы тоже сбрасывали в реки, увеличивая
биологическую потребность в кислороде и уровень органического загрязнения
воды;
4) леса сокращались, и уменьшалась их способность удерживать воду, что
породило эрозию в сельском хозяйстве и деградирование качества воздуха;
5) широкомасштабное использование неорганических удобрений и химикатов
сделало почву более жесткой и обедненной, загрязнило воздух и воду.
3.2.4.3. Индустриальное общество
Современное индустриальное общество еще быстрее урезает цепочки
циркуляции. Процесс производства стал процессом потребления, в котором:
1) тепловая и материальная энтропия увеличиваются на Земле, превышая
уровень максимального количества, который может быть выпущен через атмосферу
в космос;
2) Земля потеряла свое стабильное устойчивое состояние;
3) экосистемы были жестко урезаны;
4) устойчивая человеческая жизнь была поставлена под вопрос.
3.2.4.4. Технология и homo-безумие
Современная наука и технология появились вследствие индустриальной
революции и продолжают развиваться по экспоненте. Прогрессивные технологии
могут быть расценены как кристаллизация человеческой мудрости. В то же время
эти технологии заменили производство процессами потребления, экспоненциально
увеличивающими энтропию на Земле Это может быть расценено как проявление
аспекта homo-безумия. Один из двух столпов современной технологии -
homo-безумие. Обе противостоящие силы, homo sapiens и homo-безумие, ветви
одного корня: homo-болтливости.
_Современная технология, по мнению философов, в ее существующей форме
вредна, потому что она превращает Землю в мертвую планету. Истинные
технологии, важные для людей, должны включать в себя рециркуляционные
системы. Установление принципов рециркуляции для современной технологии
является неотложным делом.
3.3. Технология и мастерство
3.3.1. Технология
Как описано выше, технология основана на общественных знаниях.
Технология представляется явно, и каждый может изучать и применять их. В
технологическом обществе остается относительно узкое место для выражения
индивидуальной самобытности. Технологическая рабочая сила имеет тенденцию
быть монотонной, имеет меньше мотивации для индивидуумов и делает
человеческую жизнь свободной от индивидуальной цели и индивидуальности.
3.2.3. Мастерство
Мастерство, с другой стороны, является человеческим усилием, полным
индивидуальности и личного замысла. Для индивидуальной свободы нужен
простор, чтобы быть оригинальным и мастерски выполнять работу.
3.3.3. Мастерство, поддерживаемое технологией
Медицинские или академические направления деятельности часто включают в
себя мастерство. Не все хирурги могут сшивать кровеносный сосуд диаметром 1
мм. Большинству хирургов требуется медицинский микроскоп. Мастерство
развивается через технологию.
_Академические достижения оцениваются сегодня по тому, как личная
незаурядность и подход дают новые результаты. Исследователи могут
погружаться в свою работу, потому что к этому их побуждает мотивация.
Академические виды деятельности также поддерживаются широким разнообразием
технологий типа компьютеров.
_Мастерство - личное усилие, а технология - усилие общественное.
Мастерское выполнение работы возможно только через взаимодействие мастерства
и технологии.
3.3.4. Мастерство, замененное технологией
Навыки исторически были преобразованы в технологию. Мастерское
выполнение работы вчера заменяется технологией сегодня. Когда каждый может
выполнить задачу, навык прекращает быть мастерством. Области мастерства
стали более узкими, в то время как технологии расширяются. Эта тенденция,
как принято считать, является прогрессом, но это снижает персональные
подходы, творческие действия и мотивацию работать и вносить вклад в развитие
общества.
_Важны нетехнические задачи, слегка превышающие уровень личной
талантливости, потому что люди могут показывать свою изобретательность.
Большие удовлетворения могут быть испытаны, когда они вызывают процессы
решения новых проблем после завершения задачи; они учатся на уроках и
получают больше уверенности. Увлеченность только техническими задачами будет
не только лишать людей мотивации, но также вредить им в психологическом
отношении.
3.3.5. Мастерство и человек
Навыки были заменены технологиями. Мы должны развить новые навыки,
чтобы исследовать и шаг за шагом расширять области мастерства, используя
технологии, которые заменили предыдущие навыки. Примером такого процесса
является цепочка: ручное вычисление - логарифмические таблицы - механический
калькулятор - электронный калькулятор - компьютер - экспертные системы с
искусственным интеллектом - ..., в которой новое мастерство появляется,
когда мы применяем новые технологии как инструменты для мысли.
_В современном индустриальном обществе исключительное предпочтение
отдается технологиям. Области мастерства сужаются. Эта тенденция может быть
исправлена при:
1) переходе от массового производства и крупномасштабной промышленности
к разнообразию отраслей промышленности маленького масштаба;
2) установлении систем циркуляции материала и энергии.
_Тогда больше внимания уделялось бы демонстрации мастерства и личной
инициативе.
Глава 4 ИСТОРИЯ НАУКИ И ТЕХНОЛОГИИ
4.1. Античная цивилизация
Первые цивилизации, Шумеры и Вавилон, появились приблизительно 3500 лет
до н.э. в Месопотамии - Земле, простирающейся между реками Тигром и
Евфратом. Плоды месопотамской цивилизации были унаследованы Египтом, где
человечество положило начало развитию науки и технологии. Хотя наука и
технология в те дни значительно отличались от теперешних, основы современной
науки и технологии были положены именно в Древнем Египте. Весьма важно
исследовать эти древние цивилизации и начальные формы науки и технологии,
чтобы пролить свет на особенности и тенденции развития науки и технологии в
современной цивилизации. Этот раздел описывает древние восточно-евразийские
цивилизации, науку и технологию в Месопотамии (3500 лет до н.э.), Египет
(3000 лет до н.э.), долине р. Инд (2500 лет до н.э.) и Китае (2200 лет до
н.э.). На рис. 4.1. показана хронология событий.
4.1.1. Месопотамия и Египет
4.1.1.1. Сельское хозяйство
Сельскохозяйственная революция, которая постепенно набирала силу
приблизительно с 10000 лет до н.э., значительно увеличила производительность
и привела к излишку продукции, что, в свою очередь, способствовало развитию
городов.
_Длинная и узкая земля Месопотамии не была оптимальной для сельского
хозяйства, и поэтому возник подходящий стимул для общественной реформы,
вызванной потребностью улучшить неидеальные условия для сельского хозяйства.
Избыточное благосостояние способствовало развитию правящего класса, который
должен был так реформировать общество, чтобы организовать огромную
человеческую рабочую силу в мегамашину.
4.1.1.2. Буквы, числа и управление
Города формировались для поддержки скотоводства и сельского хозяйства.
Средства и приспособления разрабатывались в городах, чтобы организовать
рабочую силу более эффективного использования земли и эксплуатации ее
природных богатств. Вот примеры этих средств и приспособлений:
1) письменность, чтобы делать записи поступающих и убывающих изделий и
продуктов;
2) астрология как ранняя форма астрономии для создания календаря;
3) арифметические и числовые таблицы для расчетов, например, вычисления
необходимого количества кирпичей как строительного материала;
4) бронзовые инструменты (сделаны из сплава меди и олова), включая
лопату.
Использование металлических инструментов стало символом:
1) "нации" с мощной системой управления;
2) "цивилизации" с избытком продукции и энергической эксплуатацией
ресурсов.
Это - взгляд на историю с точки зрения развития орудий труда.
_Изобретение письменности как революции интеллекта было также символом
цивилизации. Это - направление исторического развития коммуникаций.
Названные выше средства, приспособления и методы коммуникации
взаимодействовали друг с другом и по-своему влияли на историю. Исследования
роли этих средств и письменности тех дней необходимо для понимания
сегодняшней информационной революции.
_Письменность и числа, выгравированные на глиняных дощечках, найденных
в храмах Месопотамии, содержат записи о еженедельных изменениях прибавочных
продуктов. Сила божественной мощи и справедливости цивилизации античных
городов символизируется скорее этими отчетами о прибавочном продукте, чем
огромными оставленными нам храмами.
_Египетская цивилизация, наследник месопотамской цивилизации, строила
огромные пирамиды. Однако эти пирамиды были построены, по сегодняшним
меркам, с помощью невероятно примитивных инструментов и устройств. Это
пример сложной организации человеческих трудовых ресурсов в мегамашину,
которая позволила осуществить проекты типа гигантских пирамид. Без
письменности и арифметики систематическая организация человеческой рабочей
силы была ба невозможна.
_Появление письменности создало разделительную линию между двумя
периодами: первый период без исторических документов, а второй период с
документами. Мы не можем пренебрегать влиянием металлических инструментов на
ход человеческой истории. Было бы гораздо труднее строить пирамиды без этих
инструментов; они были полезными компонентами мегамашины. Письменность,
арифметика и инструменты есть внешнее проецирование человеческих функций. Их
развитие характеризовало цивилизацию.
_Традиционный взгляд на историю основан на развитии инструментов:
1) эпоха палеолита (каменный век) (3500000 - 5000 лет до н.э.);
2) эпоха неолита ( с 5000 лет до н.э.);
3) бронзовая эпоха ( 6000 - 500 лет до н.э.);
4) железная эпоха ( с 1000 лет до н.э.).
Даты перекрывают друг друга в зависимости от части света, которая
рассматривается.
_Можно спорить, что цивилизации происходят, с одной стороны, от
божественного права королей и, с другой стороны, от систематизации
человеческой рабочей силы. Это указывает, что управление было решающим
фактором для рождения цивилизаций и что письменность и арифметика играли
важную роль. Определенная "систематизация информации", вероятно,
существовала еще с доисторических времен. Системы письменности были
изобретены в то время для нужд управления. Это, в свою очередь, создало
древние цивилизации, включающие в себя первые нации, имевшие управление.
Металлические инструменты вместе с письменностью ускоряли развитие
цивилизаций. Здесь следует вспомнить, что человек в одно и то же время homo
faber (животное, использующее инструменты) и homo sapiens (животное с
интеллектом).
_Письменность была ограничена примитивными клинообразными символами,
арифметика ограничивалась простыми недесятичными числами; умножение
упрощалось повторяющимися сложениями. Однако эти записи и числа облегчали
управление прибавочным продуктом, систематизацию механизмов управления и
строительство таких огромных зданий, как храмы. Пирамиды не имели никакого
отношения к улучшению качества человеческой жизни. Существование знания и
структур власти, которые строили пирамиды, и факт, что правители позволяли
такие непрактичные действия, иллюстрирует два аспекта людей: мудрость и
безумие.
4.1.2. Индия
4.1.2.1. Индуистская цивилизация
Индуистская цивилизация (2400 - 1600 лет до н.э.), вероятно, имела свои
корни в Месопотамии. Самые большие памятники этой цивилизации - два
высокоразвитых города, Мохеннджо-Даро и Хараппа, в нижнем течении Инда.
Цивилизация долины Инда закончила свое существование с вторжением арийцев,
племен скотоводов-кочевников, которые были воинствующими всадниками,
вооруженными бронзовым оружием. Коренное население стало рабами. Арийцы
наследовали цивилизацию Инда, развили ее культуру. Вскоре после изобретения
железа вся долина Ганга была колонизирована. Арийцы построили основы
индийской цивилизации, которая жива и поныне, несмотря на британскую
колонизацию. Древние цивилизации Индии не раз подвергались повторным циклам
процветания и упадка.
4.1.2.2. Изобретение ноля
Двумя самыми большими событиями с точки зрения науки были изобретение
ноля и десятичной системы исчисления в индусской математике.
_Приблизительно десять народов были вовлечены в войны в процессе
формирования индийской культуры. Буддизм был рожден где-то в VIII или VI
столетии до н.э., чтобы освободить людей от боли и страдания тех дней. В то
же самое время индуизм появился как новая мировая религия, объединявшая все
разнообразие религий, существовавших до него. Из-за сильного влияния
философии Упанишад индуизм и буддизм были более "философскими", чем
"религиозными" системами. Религия и философия в Индии характеризовались
идеей нигилизма или пустоты. Концепция ноля была рождена вследствие этой
идеи, которая привела к десятичной системе исчисления. Древнегреческие
числовые системы были геометрическими и не имели никаких концепций систем
исчисления. Индусская математика, которая имела дело с примитивными
алгебраическими уравнениями, попала к арабским математикам. Которые
сформировали основы отдельной ветви математики, известной сегодня как
алгебра. Было бы гораздо труднее разработать алгебру без индусских
математиков, которые изобрели ноль и десятичную систему исчисления.
Изобретение ноля стало эпохальным событием в истории не только математики,
но также и "систем интеллекта". Изобретение знаменовало начало глубоких
абстрактных концепций: ноль как пустота отличался от бесконечно малого
количества, полученного бесконечным процессом деления, известного как
аргументы Зенона в греческой математике. Изобретение потребовало абстрактной
концептуальной силы, которую греческая математика никогда не имела.
4.1.3. Греция
Известно, что корни современной науки лежат в греческой науке, которая
достигла своего Золотого века приблизительно в V столетии до н.э. Греческая
наука была первой попыткой установить мировоззрение, основанное на
рациональности. Наука в Греции появилась раньше, чем в Древней Индии.
Греческая наука была также основой естественной философии, из которой
появилась современная наука и технологии. Выдающимися греческими философами
и учеными были:
1) Фалес (640 - 546 до н.э.) и Анаксимандр (610 - 547 до н.э.) -