Kitobni o'qish: «Воспитание машин. Новая история разума»

Научный редактор Сергей Филонович, д-р физ. – мат. наук

Редактор Полина Суворова

Издатель П. Подкосов

Руководитель проекта А. Шувалова

Корректоры И. Панкова, Е. Сметанникова

Компьютерная верстка А. Фоминов

Художественное оформление и макет Ю. Буга

Иллюстрация на обложке Shutterstock

© Шумский С., 2021

© ООО «Альпина нон-фикшн», 2021

* * *

Предисловие научного редактора

Неизбежность сосуществования человеческого и машинного интеллекта

За несколько последних лет тема искусственного интеллекта (ИИ) приобрела особую популярность. О внедрении ИИ в практику бизнеса сообщают Amazon, Сбербанк, Tesla, РЖД и буквально сотни других компаний, крупных и небольших. Однако, как это нередко бывает, быстрый рост популярности какого-то понятия часто приводит к возникновению недоразумений, связанных с неточным (а иногда и ошибочным) его пониманием. Именно это и происходит с концепцией искусственного интеллекта. Сложные аппаратно-программные комплексы многим представляются примерами использования ИИ как новой технологии, хотя чаще всего они являются просто более сложными вариантами привычных для нас гаджетов.

Такая ситуация может породить ощущение, что ИИ – всего лишь очередной хайп, интерес к которому со временем пройдет. Но так ли это? К сожалению, многие недавно вышедшие работы об искусственном интеллекте не дают ясного ответа на этот важный вопрос. Вы найдете на него ответ в книге, которую держите в руках.

Ее автор Сергей Шумский – российский эксперт, много лет занимающийся проблемой машинного обучения и ИИ, – поставил перед собой сложную задачу. На основе анализа прогресса технологий в разные эпохи он решил показать неизбежность использования машинного интеллекта в наши дни. С поставленной задачей автор справился блестяще. Простые, но убедительные количественные оценки показывают причины перехода от одного экономического уклада к другому. Несложные расчеты, относящиеся к операциям с информацией, поясняют, почему именно сейчас исследования в области искусственного интеллекта стремительно прогрессируют.

Как специалист, занимающийся практическими разработками в сфере ИИ, автор хорошо понимает не только масштабы уже достигнутых успехов, но и сложность задач, стоящих перед учеными и разработчиками на пути к созданию так называемого сильного искусственного интеллекта. В книге анализируются подходы к решению этой амбициозной задачи, и перспективы, которые описывает автор, вызывают определенный оптимизм.

В научной и научно-популярной литературе широко обсуждаются социальные последствия распространения технологий ИИ, в особенности тех, которые могут возникнуть после создания сильного искусственного интеллекта. Многие авторы рисуют почти апокалиптическую картину порабощения людей роботами, оснащенными ИИ. В этой книге такие проблемы обсуждаются, но в гораздо более спокойной манере. По мнению автора, при правильном (проактивном, или упреждающем) подходе человечеству вполне по силам справиться с этими проблемами. Для этого, правда, людям придется напрячь собственный интеллект и сформулировать этические принципы, которыми следует руководствоваться при разработке и использовании ИИ.

Особый интерес представляют заключительные главы книги, в которых дан набросок программы создания сильного искусственного интеллекта, а также приводятся оценки сроков реализации этой программы. По мнению автора, 40 лет – реальный временной горизонт создания сверхчеловеческого машинного интеллекта, способного коренным образом изменить жизнь людей. Иными словами, у многих потенциальных читателей этой книги есть реальный шанс стать свидетелями и участниками интенсивного взаимодействия человеческого и машинного интеллекта. Чтение этой книги поможет подготовиться, психологически и ментально, к новым реалиям.

Доктор физико-математических наук,

профессор С. Р. Филонович

От автора

В 2019 году вышла в свет моя монография «Машинный интеллект» для специалистов в области искусственного интеллекта (ИИ). Отлично понимая, что каждая формула в книге снижает количество ее читателей вдвое, я заранее смирился с тем, что одолеть ее сможет лишь ограниченный круг профессионалов.

Между тем вопросы, связанные с пугающими темпами развития ИИ и перспективами робототехники, волнуют не только специалистов. Так или иначе это коснется каждого из нас, причем в не столь уж и отдаленном будущем. Естественно, мне хотелось поделиться современными знаниями и гипотезами о зарождающейся цивилизации машинного интеллекта и с широкой аудиторией.

К счастью, весной 2019 года я получил предложение подготовить мини-курс по технологиям цифровой экономики для Высшей школы менеджмента ВШЭ. В процессе подготовки такого мини-курса родилась и эта книга о социальных последствиях использования искусственного интеллекта. В этой связи я выражаю искреннюю признательность руководителям ВШМ ВШЭ Сергею Ростиславовичу Филоновичу и Льву Владимировичу Татарченко за моральную и материальную поддержку при подготовке рукописи.

Надеюсь, книга поможет читателям лучше разобраться в сути происходящих в современном мире перемен и наглядно представить себе, как изменится жизнь людей в ближайшие десятилетия.

Введение

Нам предстоит разговор о различных мыслимых аспектах цивилизации, аспектах, которые можно вывести из предпосылок, известных уже сегодня.

СТАНИСЛАВ ЛЕМ

Чем дольше вы смотрите назад, тем дальше видите впереди.

УИНСТОН ЧЕРЧИЛЛЬ

Главное отличие этой книги от многих других – попытка рассмотреть искусственный интеллект в глубоком историческом контексте, не ограничиваясь историей последних десятилетий. Следуя Спинозе, мы пытаемся вписать современный момент в ту цепь событий, внутри которой он возникает с необходимостью, а не случайно. Нет лучшего способа заглянуть в будущее, чем как можно основательнее разобраться в прошлом.

Вот и мы в этой книге постараемся выяснить, каковы движущие силы развития технологий и как они определяют ход технологических революций, одну из которых мы как раз и переживаем в настоящий момент. Книга рассчитана на всех, кто интересуется будущим. При этом от читателя не требуется никаких специальных знаний. Объем книги намеренно ограничен, с тем чтобы ее можно было прочесть за пару-тройку вечеров, не теряя логическую нить рассуждений автора.

Основная мысль этой книги в том, что машинный интеллект, когда он появится, неизбежно станет частью общей человеко-машинной цивилизации и унаследует от нее наши человеческие ценности. Так что даже в будущей цивилизации машинного интеллекта, когда интеллект машин далеко превзойдет человеческий уровень, они по-прежнему смогут действовать в наших интересах, а не преследовать чуждые нам цели, как какой-то чужеродный инопланетный разум. Правда, за такой благоприятный для людей сценарий нам придется побороться – создать не просто искусственный интеллект, а дружественный ИИ, и тому, как этого добиться, в книге будет уделено особое внимание.

Но прежде мы должны убедить скептиков в том, что нам вообще следует заниматься этой опасной субстанцией – искусственным разумом. Не проще ли отложить на время исследования и разработки и подождать, пока человечество «созреет» для таких вопросов? Наш ответ на этот аргумент из серии «Не давайте спички детям» состоит в том, что без создания искусственного разума в ближайшие годы человечество просто не сможет обойтись. Индустриальная цивилизация достигла пределов своего развития. Обеспечить приличное существование всему населению Земли (а не только «золотому миллиарду») имеющиеся технологии не в состоянии: биосфера просто не выдержит такой нагрузки. Назревающие экономические проблемы способны разрешить только новые цифровые технологии, главным образом искусственный интеллект. Мы приведем конкретные аргументы, за счет чего и как именно ИИ сможет поднять эффективность мировой экономики.

Но так ли уж драматична на самом деле сегодняшняя экономическая ситуация? Может быть, нынешний глобальный кризис – не структурный, а циклический и все само собой перемелется? Чтобы убедить читателя в том, что мир действительно находится сегодня в одном из переломных исторических моментов, мы начнем с краткого экскурса в историю человеческой цивилизации, что может показаться странным для книги, посвященной машинному интеллекту. Однако автор считает крайне поучительным представить нынешний кризис в одном ряду с великими кризисами прошлого, чтобы убедить читателя, что любой технологический уклад в какой-то момент достигает своих пределов и соответствующий кризис можно разрешить, только перейдя на новый пакет технологий.

Вот почему в главе 1 мы начинаем издалека – с краткого введения в историю технологических укладов: от цивилизации охотников-собирателей через аграрную и промышленную революции к современному обществу, одной ногой уже шагнувшему в новый цифровой уклад. Для каждого уклада мы выведем «на кончике пера» предельное число людей, которое способен прокормить его технологический пакет, убедившись заодно и в том, что предел населения для индустриального уклада уже практически достигнут.

Технологический пакет представляет собой сумму накопленных цивилизацией знаний. Причем, как мы покажем, они увеличиваются гораздо быстрее численности населения (как квадрат количества людей). Поскольку суммарный объем человеческой памяти растет линейно с числом людей, неизбежен момент, когда сложность цивилизации превысит ограниченные возможности человеческого мозга. По мысли автора, именно такой момент мы сегодня и наблюдаем. Появление компьютеров, а затем и искусственного интеллекта есть закономерное следствие этого простого факта.

Таким образом, в главе 1 мы проследим в общих чертах логику развития человеческой цивилизации от древних людей до наших дней, обозначив базовые параметры цивилизации на каждой ступени ее развития. Мы покажем, за счет чего революция позднего палеолита увеличила в конечном итоге население Земли в 100 раз, а последующая аграрная революция – еще в 100 раз. Наконец, почему индустриальное общество не способно прокормить более 10 млрд человек, так как достигло своего предела сложности. Логика дальнейшего развития тоже прояснится: при новом цифровом укладе нам предстоит преодолеть барьер сложности современной цивилизации за счет создания и «приручения» искусственного интеллекта. Только таким образом она сможет развиваться дальше.

В главе 2 мы наконец доберемся до ИИ как закономерного этапа эволюции цифровой техники, созревания нового уклада в недрах предыдущего. Мы проследим, как формировался современный стек цифровых технологий и почему ИИ объективно не мог появиться вплоть до недавнего времени.

Ключом к пониманию цифровой революции является обобщенный закон Мура – рост компьютерных мощностей в 100 раз каждые 10 лет. До 2010-х годов суммарные компьютерные мощности были еще пренебрежимо малы по сравнению с вычислительными возможностями человеческого мышления. Этим объясняется известный парадокс, что до сих пор экспоненциальное развитие вычислительной техники практически не сказывалось на темпах роста производительности труда в большинстве отраслей экономики.

Однако за последние 10 лет ситуация качественно изменилась. Мы покажем, что сегодня совокупная вычислительная мощность компьютеров уже превосходит таковую у людей и представляет собой тот единственный обильный и дешевый ресурс, за счет которого можно повысить эффективность мировой экономики. Но для этого необходимо научить компьютеры делать человеческую работу лучше и дешевле людей: ни много ни мало создать искусственный интеллект. Таким образом, ИИ является замыкающей технологией, открывающей возможность перехода к новому технологическому укладу.

Так называемая революция глубокого обучения 2010-х является ответом на этот вызов. Сегодня мы наблюдаем появление первых несовершенных пока версий слабого ИИ, которые можно уподобить несовершенным поначалу моделям паровых двигателей времен первой промышленной революции. Однако, как мы помним, именно благодаря паровым двигателям аграрная цивилизация стала замещаться индустриальной. Аналогично современный слабый ИИ знаменует собой начало перехода к новому цифровому укладу. Однако закончиться он может лишь с появлением сильного ИИ, повсеместно доступного «интеллекта из розетки», коллективного сетевого мышления искусственных личностей, аналогичного замене паровых двигателей на общедоступную «энергию из розетки» в ходе второй промышленной революции.

В главе 3 мы обратимся к экономике цифрового уклада. За счет чего она будет в разы эффективнее индустриальной? Почему в ней станет производиться больше благ с меньшими затратами? Какие формы организации бизнеса придут на смену транснациональным компаниям индустриального уклада?

Ключевым понятием здесь будет экономика «длинного хвоста» – существенное расширение рынка товаров и услуг при переходе от массового к персональному потреблению и производству. Торжество такой экономики мы наблюдаем воочию, по мере того как YouTube отбирает аудиторию у телевидения, а Amazon – покупателей у традиционных магазинов одновременно с ростом рынка мобильных приложений на платформах Apple, Microsoft и Google. Эти цифровые платформы и являются новыми ячейками будущей цифровой экономики. Именно они предъявляют сегодня основной спрос на технологии искусственного интеллекта и служат драйверами его развития – от слабого к сильному ИИ.

Но прежде чем обратиться к перспективам развития ИИ, в главе 4 мы обсудим социальные проблемы и риски, порожденные резкой сменой технологического уклада, ведь скорость его развития определяют не только те, кто за него, но и те, кто против. Анализ рисков позволит нам сформулировать «техническое задание» на создание безопасного ИИ, необходимого для выживания нашей цивилизации. Мы последовательно рассмотрим проблемы, связанные с грядущей массовой безработицей, нарастанием социальной напряженности и опасностью большой войны по инициативе искусственных стратегов, а также вопрос о том, останемся ли мы хозяевами своей судьбы, когда искусственный разум наконец превзойдет человеческий. Все эти риски вполне реальны, и проблемы, которые нам предстоит разрешить, нетривиальные. Они не сводятся к чисто техническим решениям, а подразумевают активное участие граждан в создании согласованной концепции общественной безопасности, разработку и внедрение национальных платформ цифровой демократии.

С технической точки зрения дружественность искусственного интеллекта должна быть встроена в операционную систему роботов, как были встроены в них «три закона робототехники» Айзека Азимова. А в дополнение к правильным «социальным инстинктам» будущей искусственной психики должны быть созданы и механизмы взаимного контроля всех членов социума, включая агентов и роботов, подобно тому как технология блокчейн автоматически обеспечивает взаимный контроль транзакций в сети. Цивилизация машинного интеллекта обязана иметь систему встроенной коллективной безопасности по аналогии с новейшими ядерными реакторами, в которые безопасность встроена на физическом уровне.

После того как мы разобрали, кому и зачем нужен сильный ИИ, а также каким требованиям он должен удовлетворять, чтобы улучшить, а не ухудшить нашу жизнь, переходим к конкретным планам по его разработке. А именно: в главе 5 мы представим замысел создания искусственной психики роботов «по образу и подобию» человеческой, с тем чтобы их интеллект был по своей архитектуре как можно ближе к нашему. Мы определим методологию разработки сильного ИИ – обратную инженерию архитектуры мозга – и сформулируем ее цель: создание искусственной психики в качестве будущей операционной системы роботов. В довершение покажем, как может выглядеть цифровая платформа массовой робототехники со встроенной системой коллективной безопасности.

Наконец, в главе 6 мы сможем заглянуть в будущее с разной степенью уверенности на разных временны́х горизонтах, начиная с ближайших 5–10 до 20–40 лет – предполагаемого времени появления ИИ сверхчеловеческого уровня. Самое удивительное в этой картине – как разительно будет отличаться от современности мир наших детей и внуков. Но именно такое ускорение исторического времени вызывает разворачивающаяся на наших глазах революция в области искусственного интеллекта.

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 Кондратьева², начиная их отсчет с первой промышленной революции³. Мы же здесь стремимся охватить весь период человеческой цивилизации, поскольку считаем вслед за Тоффлером⁴, 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 день⁵. 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 силах⁶. 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 человека⁷ – настолько различны энергетические мощности современной и аграрной цивилизаций.

Этим мы обязаны переходу на ископаемое органическое топливо, энергетические характеристики которого сравнимы с компонентами нашей пищи⁸, 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 мозга¹⁰. 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 архитектуру¹¹. 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 стая¹². 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 современные¹³.

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 революцией¹⁴.

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 sapiens¹⁵.

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 км¹⁶. 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 км¹⁷.

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 км¹⁸. 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 лошади¹⁹. 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 тоннах²⁰, то голландский флот второй половины XVII века общим водоизмещением около 3 млн т был сравним по мощности с 3 млн лошадей²¹, 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 жителя²².

Кроме еды человеку нужен еще и огонь для готовки и обогрева, особенно в умеренных и северных широтах: около 1 м³ дров/чел. в год²³. Поскольку 1 га соснового леса дает прирост 2 м³ в год²⁴, 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 человек²⁵. 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 исключением²⁶.

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.

Индустриальный уклад

● Базовый ресурс: ископаемое топливо.

● Технологический пакет: машиностроение, двигатели, глобальные транспортные сети.

● Организация жизни: города, глобализация.

Переход от аграрного к индустриальному укладу принято делить на несколько этапов, называемых промышленными революциями.

В первую очередь это первая промышленная революция XVIII – первой половины XIX века, превратившая Англию в главную «мировую фабрику». Ее энергетической основой был каменный уголь, заменивший лес, почти полностью сведенный на нет вследствие синхронного роста населения, кораблестроения и производства продуктов черной металлургии²⁷, а технологический пакет был основан на паровом двигателе²⁸.

Со второй половины XIX до середины XX века первая промышленная революция перерастает во вторую во главе с США. Список энергоносителей пополняется сначала нефтью для транспорта, а затем и природным газом для отопления. Технологический пакет массового индустриального производства основан на двигателях внутреннего сгорания, электродвигателях и турбинах, дополненных машиностроением, нефтехимией, производством стали и цветных металлов.

Поскольку базовым ресурсом остается ископаемое топливо, а технологический пакет по-прежнему основан на двигателях и машиностроении, мы будем считать эти две промышленные революции разными стадиями перехода от аграрного уклада к индустриальному. По сути, эти две революции представляют собой длинные волны циклического развития экономики, так называемые циклы Кондратьева.

Индустриальный уклад качественно изменил жизнь людей, позволив им вырваться из мальтузианской ловушки. Ранее на протяжении всей истории человечества любой прирост продуктивности мгновенно съедался ростом населения. Его численность всегда ограничивалась болезнями и голодом, большинство людей жили впроголодь и вообще редко доживали до биологической старости. При индустриальном укладе впервые в истории темпы роста производства превысили естественные темпы роста народонаселения. В результате начиная с XIX века в мире наблюдается значительный и постоянный рост доходов на душу населения. Так что, несколько утрируя, всю экономическую историю человечества можно охарактеризовать одной картинкой (рис. 6).

С появлением сети железных и автомобильных дорог исчезла жесткая привязка пашни к руслам рек²⁹. Были освоены великие равнины Северной Америки, целинные земли Казахстана и другие ранее недоступные участки суши. Сегодня общая площадь пашни (15 млн км²) втрое больше, а урожайность зерновых (3 т/га) втрое выше, чем до промышленной революции, благодаря достижениям генетики, инсектицидам и удобрениям. Иными словами, новая транспортная инфраструктура и агрохимия позволяют индустриальной цивилизации прокормить на порядок больше людей, чем аграрная: до 10 млрд человек за счет использования ископаемого топлива. Промышленная революция увеличила энерговооруженность человека в 2,5 раза: с 0,6 кВт/чел. до 1,4 кВт/чел. (в среднем по миру), а в развитых странах – более чем на порядок (рис. 5 и 7).

Изменился и стиль жизни – из сельского он стал городским. При современном оснащении тракторами, комбайнами и прочей техникой для производства сельхозпродукции на имеющихся площадях достаточно нескольких процентов населения. Поэтому переход к индустриальному укладу вызвал масштабную миграцию людей в города, размер которых больше не сдерживался транспортными ограничениями аграрного периода, связанными, как мы помним, с проблемами их снабжения внешними ресурсами. Размер современных городов ограничивается уже возможностями городского транспорта по организации суточных перетоков жителей от места проживания к месту работы и обратно. Если тратить на дорогу не более часа в одну сторону, то диаметр современного города ограничен несколькими десятками километров. Чтобы разместить постоянно растущее население на этой ограниченной площади, города стали расти сначала вверх (начиная с центральных деловых кварталов), а затем, с началом массовой автомобилизации, обрастать одноэтажными пригородами – своего рода «аэродромами подскока» на том же характерном расстоянии часовой доступности.

Старые города, типичное расстояние между которыми составляло, как мы помним, те же десятки километров, стали сливаться друг с другом, образуя гигантские мегаполисы и городские агломерации с миллионами, а зачастую и с десятками миллионов жителей. В скором времени прогнозируется появление первых городских агломераций с населением, превышающим 100 млн, бóльшим, чем население иных стран. Поскольку и богатство в основном концентрируется в крупных городах, их роль в современной экономике возрастает.

Концентрация богатства в городах связана с тем, что в них обычно сосредоточено производство наиболее сложных и дорогих продуктов и услуг, создаваемых при участии представителей множества профессий. Ведь чем крупнее город, тем большее разнообразие специалистов можно собрать в одном месте, тем сложнее и дороже будет их продукция в пересчете на одного работника. Поэтому уровень жизни в мегаполисах с более развитой системой разделения труда обычно существенно выше среднего, впрочем, как и уровень цен.

Несмотря на все свои достижения, индустриальная цивилизация, основанная на ископаемом топливе, к концу XX века, по-видимому, уже достигла предела своего развития. Исследования Римского клуба³⁰ свидетельствуют о том, что несущая способность Земли была превышена уже к концу 1970-х³¹. Это означает, что современный пакет технологий не способен переработать все отходы цивилизации и планета забивается мусором (вспомним о гигантских островах из пластика в океане), резко повышается уровень CO₂ в атмосфере.

Свободной земли, пригодной для промышленного сельского хозяйства, на планете уже не осталось. Под производство пищи занято 50 % всей доступной суши, не занятой ледниками, горами и пустынями (рис. 8). Борьба идет за сохранение имеющихся площадей, которые зачастую не успевают рекультивировать.

Замедление роста населения Земли, наблюдающееся со второй трети XX века, является важным индикатором современного глобального кризиса. Точка перегиба кривой роста народонаселения была пройдена примерно в 1970 году, когда на Земле наблюдался пик скорости роста населения (2 % в год)³². Прирост идет только за счет сельской местности, тогда как промышленные города не способны воспроизводить свое население. При этом в начале XXI века число жителей городов превысило количество сельских жителей, и их доля продолжает расти. В результате демографы прогнозируют стабилизацию населения Земли в XXI веке на уровне около 10 млрд человек, притом что на протяжении всей известной истории оно росло все возрастающими темпами (кроме, естественно, кризисных периодов).

Ответом на этот новый глобальный кризис является то, что обычно называют третьей промышленной революцией, связанной с цифровой обработкой информации, и четвертой – связанной с киберфизическими системами³³. Мы будем считать их разными фазами большой цифровой революции, переходом к новому цифровому технологическому укладу, ключевым ресурсом которого станет уже не энергия, а информация.

Поскольку наша основная задача – осмыслить эту разворачивающуюся на наших глазах революцию, имеет смысл остановиться на ее причинах и особенностях подробнее. В следующем разделе мы покажем, что эти причины носят фундаментальный характер, являясь следствием закона гиперболического роста населения Земли. Вернее, предстоящий переход к новому укладу вызван теми же причинами, что и закон гиперболического роста народонаселения.

Закон гиперболического роста народонаселения

Если мы наложим все известные факты о населении Земли на временну́ю ось, окажется, что лучше всего этот график описывается гиперболой:

N = N₀ /(t – t₀),

где N₀ = 2 × 10¹¹ людей, а время измеряется в годах (рис. 9).

Иными словами, население растет обратно пропорционально времени, оставшемуся до некоторой даты, определяемой эмпирически как t₀ = 2026 г.³⁴: 10⁹ людей 200 лет назад, 10⁸ – 2000 лет назад и т. д. В эту зависимость хорошо вписываются и наши оценки населения Земли в доисторический период: 10⁷ охотников-собирателей 20 000 лет назад и 10⁵ первобытных людей 2 млн лет назад. Таким образом, закон гиперболического роста «работает» уже миллионы лет.

При этом сегодня мы находимся в непосредственной близости от точки t₀ – сингулярности. Понятно, что вблизи таких особых точек прежние закономерности не могут не измениться: население не может стремиться к бесконечности. И действительно, как известно, темпы роста народонаселения с конца XX века начинают замедляться, и вместо бесконечного роста мы наблюдаем переход к стабилизации численности населения. Таким образом, мы живем в особое время – на переломе.

Возникают естественные вопросы: что обусловливало гиперболический рост на протяжении всей известной истории и почему эти причины сегодня не работают? Ответы на эти вопросы легче понять, если записать закон гиперболического роста в дифференциальном виде, через скорость роста населения:

Почему скорость роста населения пропорциональна квадрату числа людей? Первую степень было бы легко объяснить: число детей пропорционально числу матерей. Но почему интенсивность рождения детей женщинами оказывается пропорциональна числу людей, ведь они, как правило, даже не имели понятия, сколько их на Земле?

Ответ тривиален: конечно, женщины рожают детей вне зависимости от численности населения. Но вот выживает в итоге столько людей, сколько цивилизация на данной стадии ее развития может прокормить. А это число определяется общим количеством знаний, накопленных человечеством и определяющих сумму используемых им технологий. Чем больше людей, тем больше суммарный объем знаний, тем выше уровень техники и производительность каждого человека. Налицо групповой эффект – следствие общественного разделения труда. Отсюда и квадратичный закон для прибавочного продукта, часть которого идет на расширенное производство и обеспечивает прирост населения. Каждый человек на Земле вносит свою малую лепту в коллективную производительность труда (точнее, настолько малую, равную в среднем 1/N, что скромность можно считать эмпирически обоснованным качеством).

Закон гиперболического роста населения подсказывает нам следующую гипотезу: количество знаний, накопленных человечеством, пропорционально квадрату числа людей³⁵:

C = αN².

Знания человечества можно измерять, например, номенклатурой товаров, так как производство каждого изделия требует определенных профессиональных навыков и знаний. Если принять, что номенклатура олдувайской культуры древних людей 2 млн лет назад составляла единицы изделий, а в современной цивилизации составляет 10¹⁰ видов продукции (разнообразие товарных штрих-кодов UPC), значит, за это время знания человечества возросли на десять порядков. При этом численность народонаселения за то же время увеличилась всего на 5 порядков – с 10⁵ до 10¹⁰ человек. Так что даже такая грубая оценка подтверждает квадратичную зависимость количества знаний от числа людей³⁶.

Это, конечно, не значит, что знания каждого человека выросли за это время на пять порядков. Скорее всего, средний объем знаний типичного человека на протяжении всей истории существенно не менялся. Что изменялось с течением времени, так это избыточность информации. Чем примитивнее общество, чем меньше в нем степень разделения труда и тем больше знаний в головах различных людей дублируется. С ростом разделения труда такое дублирование информации снижается. И если все древние люди обладали примерно одним и тем же набором знаний, то в современном обществе существует уже порядка 10⁵ профессий, и гранулярность человеческих знаний продолжает стремительно нарастать.

Но, как мы все отлично понимаем, существует предел гранулярности знаний, при достижении которого знания каждого человека станут уникальными. После этого квадратичный закон накопления знаний, который до сих пор обеспечивался ростом степени разделения труда, перестанет выполняться. И достижение этого предела неизбежно, поскольку суммарная емкость человеческой памяти пропорциональна первой степени количества людей, а не квадрату их числа. Рано или поздно все знания человечества уже не смогут помещаться в наших головах! Возможно, мы уже вплотную приблизились к этому пределу сложности человеческой цивилизации, так как, если знания всех людей не будут пересекаться вовсе, они перестанут понимать друг друга.

Итак, к чему мы пришли в результате нашего анализа? К тому, что знания человечества, а значит, и производительность труда уже не смогут увеличиваться прежними темпами. Более того, когда численность жителей Земли стабилизируется, объем знаний вообще перестанет расти, так как суммарная емкость человеческой памяти достигнет своего предела и никаких резервов за счет снижения избыточности знаний уже не останется.

Таким образом, мы приходим к выводу, что современная цивилизация достигла пределов своего развития, упершись в ограниченные способности человеческого мозга. Более сложную и производительную цивилизацию, опираясь лишь на человеческий разум, мы построить не в состоянии!

Отсюда неминуемо следует, что, если мы хотим двигаться вперед, если хотим лучшей жизни для наших детей и внуков, мы должны найти если не замену, то какое-то подспорье человеческому разуму, то есть создать искусственный интеллект. И жизнь, если присмотреться, уже сделала этот свой выбор.