Пределы математической глобалистики

Президент АН СССР Мстислав Келдыш в свое время потребовал прекратить работы по экологическому моделированию. На снимке: академики Мстислав Келдыш (в центре) и Михаил Лаврентьев (справа) среди делегатов ХХV съезда КПСС. Фото с сайта www.goskatalog.ru

В сентябре этого года на полях ООН начнет работу Саммит будущего, где предполагается участие подавляющего большинства стран мирового сообщества. Его сверхзадача, с одной стороны, «сформировать новый международный консенсус» относительно реализации Повестки дня на период до 2030 года, ориентированной на выполнение системы Целей устойчивого развития (ЦУР). С другой стороны, поскольку очевидно, что программа «не укладывается в график достижения поставленных целей», принято решение сочетать первую целевую установку с более фундаментальной оценкой степени подготовки глобального социума к «вызовам будущего».

При таком масштабном подходе зачастую утрачивается глубина анализа прогностических трендов национального уровня. Попытаемся оценить стратегические перспективы России в контексте планетарных процессов цивилизации, опираясь на результаты как мирового, так и национального опыта глобального моделирования.

Бестселлер навсегда

«Пределы роста» – этот знаменитый доклад, подготовленный группой молодых специалистов под руководством Денниса Медоуза по заказу Римского клуба в начале 70-х годов ХХ века, даже и в ХХI веке не утратил своей эвристической значимости. Более того, в наши дни, когда отмечалась 50-летняя годовщина первой публикации его доклада, бурные дискуссии возобновились с прежней, если не большей горячностью – равнодушных, кажется, не наблюдалось.

Так же, как и десятилетия назад, одни («технологические оптимисты») никак не могли смириться с тем, что никакие научно-технические ухищрения не могли преодолеть «цивилизационного проклятья». То есть остроты противоречия между относительной ограниченностью естественного природно-ресурсного потенциала и сравнительно неограниченным ростом мирового населения. В предвидимом будущем эта ситуация с неизбежностью должна была обернуться негативными социоприродными последствиями планетарного масштаба.

Вместе с тем другие («экологические пессимисты») готовились к «экологической катастрофе», отодвигая ее, впрочем, в историческое далекое будущее. Мол, на наш век биосферы и ее ресурсов еще хватит.

В начале 1970-х на волне постепенного потепления взаимоотношений между двумя сверхдержавами – США и СССР был образован при неформальной взаимосвязи с Римским клубом независимый Международный институт прикладного системного анализа (IIASA). Его финансировали научные организации стран-членов, включая США и СССР, а также еще около двух десятков стран (Бразилия, Великобритания, Индия, Китай и др.). Решение о его образовании подписали Линдон Джонсон (президент США) и Алексей Косыгин (премьер-министр СССР). IIASA выделили прекрасное здание в пригороде Вены – Лаксенбург.

Вскоре в Москве открылся советский филиал IIASA – Всесоюзный научно-исследовательский институт системных исследований (ВНИИСИ) под двумя грифами: Государственного комитета по науке и техники и Академии наук СССР. Сегодня это Институт системного анализа РАН. Около 20 лет его возглавлял академик Джермен Михайлович Гвишиани (зять А.Н. Косыгина и сын генерала НКВД М.М. Гвишиани), совмещая директорство с работой заместителя председателя ГКНТ СССР.

Одной из задач ВНИИСИ стала разработка методов системного моделирования, включая и процессы глобального масштаба, опираясь на мировые исследования в этой области, в том числе и доклады Римского клуба. Д.М. Гвишиани стал одним из первых советских его членов, оставаясь до конца жизни (2003) президентом Ассоциации содействия Римскому клубу. С начала 70-х годов Денис Медоуз неоднократно приезжал в нашу страну, знакомя научную общественность с результатами проведенных исследований, обсуждая перспективы экологического развития цивилизации в процессе наглядной демонстрации компьютерной графики. При поддержке Министерства высшего и среднего специального образования американский докладчик знакомил учащихся старших классов и студентов с обучающей игрой, построенной на базе модели «Мир-3», расширяя возможности национального экологического образования.

Первый блин – комом?

В середине 70-х годов на одном из методологических семинаров Института прикладной математики (ИПМ), созданного в середине ХХ века для решения проблем моделирования сложных систем и процессов на основе создания и использования вычислительной техники и программного обеспечения, выступили сотрудники одной из лаборатории ИПМ. Участников семинара заинтересовало их сообщение о работах по математическому моделированию глобального развития, представленных Римскому клубу.

Особенно эти исследования привлекли В.А. Егорова, одного из ведущих сотрудников ИПМ, занимающегося динамикой космических полетов. С группой коллег он проверил на ЭВМ расчеты, представленные Д. Медоузом (и Дж. Форрестером – его учителем и предшественником), показывающие неизбежность глобального экологического коллапса в предвидимом будущем. Чтобы его избежать, было предложено ввести управление процессами развития для поиска более приемлемых вариантов. В частности, потратить часть капитала основных фондов на предотвращение исчерпания естественных ресурсов и поиск их заменителей, на oчистку экосистем от загрязнителей и др.

Введение управления глобальными процессами принципиально улучшило стратегические тренды. Изменения соотношений основных переменных глобальной системы (численность населения, объемы основных фондов, масштабы ресурсов, уровни загрязнений), с одной стороны, а с другой – интенсификация процессов предотвращения загрязнений позволили найти ряд вариантов, лучших по динамике роста населения, по исчерпанию ресурсов и загрязнению естественной среды. При расчетах соотношения численности населения и качества жизни не допускалось резких изменений.

Иначе говоря, «игра» с переменными компонентами глобальной системы в самом общем виде показывала потенциальную возможность избежать экологического коллапса.

Эта работа нуждалась, впрочем, в продолжении исследований. А они не соответствовали естественно-научному профилю ИПМ. Академик Мстислав Келдыш (тогдашний президент АН СССР и директор института) потребовал, пишет В.А. Егоров в своих воспоминаниях, «прекратить этим заниматься». И пояснил почему: поскольку для верных рекомендаций на основании модели требуется получение точных социально-экономических данных как по соцстранам, так и по СССР (а это было невозможно), постольку эти работы не имеют перспектив, «мешая волюнтаризму вождей».

И бывший аспирант В.A. Егоров (и уже тогда доктор физико-математических наук) прислушался к рекомендациям своего научного руководителя, не только выдающегося ученого – главного теоретика советской космонавтики, но и опытного политика – почти 15 лет во главе АН СССР. Отечественные исследования в области моделирования глобальных процессов перешли под эгиду ВНИИСИ.

В поисках методологического языка

Начало 70–80-х годов ХХ в. – десятилетие расцвета отечественного моделирования глобальных процессов. Опираясь на пионерские работы под эгидой Римского клуба, на опыт построения латиноамериканской модели глобального развития А. Эрреры, японской модели Й. Кайя, голландского проекта Х. Линнемана и других исследований, в СССР была разработана национальная человеко-машинная модель глобального развития. Она сочетала качественные и количественные подходы при анализе динамики глобальных процессов.

Одному из лидеров этого проекта – В.А. Геловани, специалисту в области математического моделирования (ныне – академик РАН), для решения такой интегральной проблемы удалось объединить усилия представителей естественно-научного и социокультурного знаний. Как вспоминает С.В. Дубовский, один из участников проекта, создание человеко-машинной системы моделирования глобальных процессов мирового развития на основе междисциплинарного взаимодействия оказалось чрезвычайно сложной задачей, не имеющей прецедента. Математики или философы говорили на разных методологических языках, зачастую не понимая друг друга. Необходимо было найти общие точки их соприкосновения, объединив концепции и формальные методы; преодолеть идеологическую ангажированность, характерную для советского социокультурного знания.

Проведенное моделирование показало возможности управления глобальными социально-экономическими процессами. Более того, повышение «степени управляемости» позволяет в той или иной мере воздействовать на процессы глобального развития. При этом была выявлена «высокая чувствительность» глобальных моделей к базовым гипотезам, основам статистической информации.

Иначе говоря, применение математических методов оптимизационного управления показало определенную практическую ограниченность. Поэтому дальнейшее развитие глобального моделирования пошло по пути совершенствования инструментальной поддержки моделей, и особенно их информационного обеспечения. Выявилась непосредственная зависимость между эффективностью математических расчетов и полнотой соответствующей информационной базы.

Десятый регион

К началу 1980-х годов большой коллектив специалистов ВНИИСИ подготовил исследовательский доклад «На пороге третьего тысячелетия (глобальные проблемы и процессы развития СССР)». В фундаментальном исследовании были представлены результаты компьютерного моделирования мирового развития на период последующего двадцатилетия: от 1980 до 2000-х годов.

Весь мир был разделен на девять регионов: США, ЕС, КНР, страны ОПЕК и др. Отдельно выделялся регион Советского Союза.

Статистический материал собирался в рамках информационных блоков: демография, продовольствие, энергоресурсы, природная среда и климат, мировая торговля, основные направления научно-технического прогресса (с особенным вниманием к информационным технологиям) и, наконец, социальные процессы. При этом компьютерное моделирование сочеталось с использованием результатов как экспертных оценок, так и значительного массива специальной информации (Госкомстат, ООН и др.).

Проект ВНИИСИ реализовывался в рамках трех этапов. На первом из них моделировалось развитие КНР, Японии и США; на втором – реализовывалась система моделей мира как взаимосвязь девяти регионов, включая и СССР. И, наконец, третий этап был посвящен процессам и проблемам нашей страны.

Моделирование приводило к следующему выводу: на траектории инерционного развития темпы роста советской экономики к 2000 году составят около 2%. При этом надо было иметь в виду, что при складывающихся экономических трендах страна оказывается в состоянии финансового дефицита. Это не только не позволило бы на необходимом уровне поддерживать страны социалистического содружества, но и расширять военно-промышленный комплекс. Динамика СССР вела к точке бифуркации, то есть системе в состоянии неустойчивости и повышения степени неопределенности дальнейшего развития.

С конца 70-х – первой половины 80-х годов материалы доклада представлялись руководству страны. Однако его выводы, отвергнутые за «излишний пессимизм», не были восприняты конструктивно лицами, принимающими решение. «Советский Титаник» неуклонно двигался в сторону развала страны.

«Игра» с переменными компонентами глобальной системы в самом общем виде показывала потенциальную возможность избежать экологического коллапса. Иллюстрация сгенерирована нейросетью Kandinsky 3.0

Будущий академик Никита Моисеев увлекся экологической проблематикой на рубеже 60–70-x годов, особенно после знакомства с опальным биологом-генетиком Николаем Тимофеевым-Ресовским. Две крупные личности нашли общий язык при обсуждении проблем математического моделирования процессов в биосфере.

Глобальные масштабы взаимоотношений человечества и биосферы предполагают создание такой научной системы, которая позволила бы в той или иной степени учитывать совокупность явлений и процессов, составляющих интегральную суть отношения «человек – глобальный социум – биосфера». Иначе говоря, математическое моделирование процессов биосферы предстает как базисный фактор, обусловливающий выведение острого характера социально-экологической ситуации на уровень адекватного научного разрешения.

С начала 70-х годов в Вычислительном центре (ВЦ) АН СССР под руководством Н.Н. Моисеева сформировалась группа молодых специалистов, преимущественно физиков и математиков, занимающихся исследованиями в области компьютерного имитационного моделирования глобальных процессов в биосфере. Большинство из них стали позднее крупнейшими учеными в своих областях. В итоге была разработана система моделей, в которых описываются процессы естественной циркуляции – геохимические циклы, климатические изменения и факторы человеческой активности.

Так, в рамках блока «Биота» моделировалась система геохимических циклов (азот, кислород, вода) с учетом биотического круговорота. Наиболее подробно был представлен круговорот углерода, что имеет принципиальное значение для оценки динамики углекислого газа как определяющего фактора планетарных климатических изменений.

В блоке «Климат» анализировались гидродинамические процессы взаимодействия атмосферы и Мирового океана, оценивая возможные температурные атмосферные трансформации. Масштабность антропогенной деятельности объективно обусловливает подъем атмосферной температуры, что предполагает неизбежную трансформацию ее (деятельности) традиционных стереотипов.

Блок «Человеческая активность», разработанный в наименьшей степени, предполагает учет возможного воздействия базисных социально-экономических факторов (производство, аграрная система, трудовые ресурсы) на динамику биосферных процессов. В предельно обобщенной форме устанавливается взаимосвязь природных и социальных условий воздействия на естественные экосистемы планетарного масштаба.

На полях ВЦ полученную модельную систему назвали как «учебная» или «минимальная модель», реально оценивая степень ее условности. И тем не менее построенная модель не только дает представление о взаимосвязи ее подсистем, но и выявляет стратегический тренд направления к сохранению ее (модели) гомеостатического равновесия. И это, как очевидно, основная целевая установка глобальной социоприродной системы.

С начала и в середине 80-х годов коллектив Н.Н. Моисеева, создав модели общей циркуляции атмосферы, морского льда и верхнего слоя океана, вышел на уровень глобальной климатической модели, используемой для расчетов атмосферных и климатических процессов планетарного масштаба. Эти расчеты показали существенные негативные последствия как антропогенной деятельности, так и естественного изменения климата в результате выбросов углекислого газа, крупных вулканических извержений.

Практически в то же время американский астроном Карл Саган представил сценарий о возможных последствиях обмена ядерными ударами между двумя тогдашними «сверхдержавами» – феномен «ядерная зима». И эти результаты, полностью совпавшие с расчетами модели ВЦ, стали основанием мощных политических процессов – отказ от идеологии конфронтации, реализация принципов мирного сосуществования государств с различными социально-экономическими системами.

Эта мировая идеологическая кампания имела двоякие последствия. Во-первых, глобальные, когда в результате детанта и смягчения антагонистических противоречий между сверхдержавами распалась в конце концов одна из них. И, во-вторых, личные (человеческие) последствия. Будучи в командировке на одной из научных конференций (Мадрид, апрель 1985) исчез В.В. Александров. Такая же трагедия произошла и с В.А. Егоровым (ИПМ), который также пропал без вести (Сочи, сентябрь 2001).

Коэволюция как стратегия

В середине 80-х годов распался научный коллектив ВЦ. Академик Никита Моисеев вынужден был оставить пост заместителя директора ВЦ по научной работе, который занимал почти 20 лет, впрочем, остававшийся советником директора до конца жизни. Последние 15 лет жизни ему удалось посвятить свободному научному творчеству, работая на стыке естественно-научного и социогуманитарного знания, тяготея к размышлениям о будущем России.

Его мировоззренческая система исходила из необходимости представить интегральную картину взаимоотношений глобального социума и биосферы, выявляя основания концепции универсального рационализма – о всеобщей взаимосвязи и взаимозависимости процессов мирового развития. Более того, развивая эту концепцию, академик Н.Н. Моисеев пришел к новому пониманию принципов коэволюции человека и природы, то есть выходу на уровень современных нравственных императивов в качестве условия сохранения человека как биосоциального вида.

В сущности, коэволюция – стратегия развития цивилизации, которая, с одной стороны, ориентирована на преодоление бифуркационности взаимоотношений элементов системы «человек–биосфера», а с другой – предполагает выход на уровень «соразвития» человечества и среды его обитания, когда формы человеческого бытия сочетаются с социоприродными стереотипами.

Иначе говоря, ноосферная идея Владимира Вернадского, преодолевая излишне абстрактный уровень понимания, приобретает более конкретную форму выражения. При этом в интерпретации академика Н.Н. Моисеева биосфера не автоматически «переходит» в ноосферу: для это требуются целенаправленные усилия глобального социума, обеспечивающего коэволюцию человека и биосферы.

Он называл себя «пессимистическим оптимистом», считая, что Россия имеет все предпосылки «сбросить шкуру побитой собаки». Вместе с тем у него не было уверенности, что страна «сумеет воспользоваться этими возможностями».

…29 февраля 2000 года, в тот день, когда его не стало, в редакции журнала «Вопросы философии» проходил круглый стол по его книге «Быть или не быть человечеству?». Н.Н. Моисеев успел еще направить его участникам письмо, в котором, предупреждая оставшихся о реальности экологической катастрофы уже в середине ХХI века, тем не менее верил в возможность для человечества жить в «гармонии с природой».

Преодолевая синдром «пределов роста»

В апреле 2012 года, вспоминает ректор МГУ имени Ломоносова, академик Виктор Садовничий, во время размышлений над лекцией Денниса Медоуза пришло понимание необходимости разработки новых математических методов и моделей, ориентированных на создание более долгосрочных и адекватных прогнозов динамики глобальных процессов. Впрочем, еще значительно раньше, в 1995 году, в МГУ был создан Институт математических исследований сложных систем, а спустя десятилетие, в 2005 году, принято решение об организации нового подразделения – Факультета глобальных процессов МГУ.

В начале 20-х годов ХХI века на полях МГУ неоднократно обсуждался доклад о реалиях и перспективах глобального моделирования мировых процессов, подготовленный группой специалистов как университета, так и сотрудничающих исследовательских центров. Доклад, предназначенный для Римского клуба, представляли его руководители – академики В.А. Садовничий и А.А. Акаев: «Преодолевая пределы роста. Доклад Российской ассоциации Римского клуба» (2023).

Целевая установка этого фундаментального исследования – вскрыть, с одной стороны, стратегическую динамику мировых трендов на основе математического моделирования глобальных процессов современной цивилизации, а с другой – выявить основные пути развития глобального социума, ориентированные на реальное преодоление катастрофической динамики цивилизации предвидимого будущего. Более того, его идеология имманентно позитивна, то есть исходит из конструктивного видения будущего современной цивилизации, неуклонно продвигающейся в направлении постоянно отдаляющейся перспективы, но позитивной ориентации.

В ХХ веке все отчетливее фиксировались негативные тренды мировой динамики. При этом если в его второй половине напряженность глобальной системы связывалась преимущественно с высокой степенью конфликтности во взаимоотношениях по линии «социум–биосфера», то к началу ХХI века в конфликтность этих отношений прибавилось существенное понимание реальности остроты социального фактора. Иначе говоря, не только неконтролируемый демографический рост, но и потребительские стереотипы капиталистической модели развития угрожают мировой цивилизации «системным кризисом». В этом контексте вряд ли соответствует критериям объективности позиция неприятия феномена «пределов роста».

В методологическом плане в докладе описываются основные уравнения, трактующие развитие базовых подсистем (в демографической, экологической, экономической и других сферах), порядок их использования при моделировании мировой динамики. На основе этих уравнений предлагается комплекс базовых моделей, описывающих взаимодействия в системе «общество–природа», а также взаимосвязи внутри общества между основными социальными группами (включая экономические и политические взаимодействия). Более того, предлагается методика анализа результатов моделирования, основанная на построении и изучении особенностей «фазовых портретов» соответствующих систем уравнений.

Подводится итог модельных математических расчетов и качественного подхода при оценке динамики мирового развития:

– рост населения не рассматривается в качестве основной причины обострения ряда глобальных проблем (например, экологической); ставится задача не общего ограничения роста населения, а его оптимизации;

– современная политическая система находится в переходном периоде к принципиально новому состоянию, основанному на принципах сотрудничества, позволяющих рассчитывать на преодоление принципиальных противоречий между странами и регионами;

– истощение ресурсов в значительной степени преодолевается за счет развития и распространения принципиально новых технологий – движения к ресурсо- и энергосбережению в рамках «кибернетической революции», связанной с экономией ресурсов и рационализацией использования рабочей силы;

– технологический прогресс вместе с глобальным старением населения ведет социум к новому типу общества – кибернетическому W-обществу, характеризующемуся зависимостью от интеллектуальных (информационных) технологий на основе искусственного интеллекта и саморегулирующихся систем;

– ожидается переход к новой глобальной социально-экономической системе («мир–организм») – от конкурирующих государств к более скоординированному глобальному управлению, а в долгосрочной перспективе – к более тесному объединению, основанному на принципах сотрудничества («солидарное общество»).

Вслед за Ариадной

По официальным данным, Россия в ближайшее время может войти в четверку крупнейших мировых экономик (сейчас – пятое место). Сейчас в РФ неплохой экономический рост – до 4% годовых. В структуре инвестиций выросли вложения в модернизацию и расширение производства, закупку нового оборудования. Существенно подросли показатели обрабатывающего сектора промышленности. Более того, один из базовых показателей качества бытия населения – средняя продолжительность жизни – составляет в России порядка 73,5 года, превысив доковидные показатели.

Вместе с тем в развитых странах типичное значение ожидаемой продолжительности жизни при рождении – около 78 лет для мужчин и 82 года для женщин. В РФ этот показатель – около 70 лет. Еще один престижный показатель – рейтинг по индексу счастья: его возглавляет Финляндия, а Россия занимает (в 2024 году) 80-ю строчку – из 140 стран мирового сообщества.

При этом надо иметь в виду специфику планетарных трендов. Вся планета находится под «тройным гнетом» – опасность климатического потепления, последствия уменьшения биоразнообразия и продолжающаяся деградация биосферы. Сюда добавляется турбулентность мировой военно-политической напряженности, обострение конфликтности по линии «РФ–коллективный Запад».

А что ожидает цивилизацию в дальней и срочной перспективах?

По данным ООН, публикуемым в процессе подготовки саммита будущего, «дорожная карта» ЦУР далека от полного выполнения. Скорее всего будут скорректированы обозначенные ранее ее сроки или их выполнение перенесут на более отдаленный период – в пределах до 2050 года.

Россия официально остается участником. Повестка дня в области устойчивого развития ООН, где зафиксированы ЦУР. Более того, по данным ООН, РФ находится в группе стран с наибольшим прогрессом по исполнению ЦУР, занимая 49-е место из 166 возможных. Сегодня наибольший прогресс России зафиксирован по целям 1, 4 и 17 – «Ликвидация нищеты», «Качественное образование», а также «Партнерство в интересах устойчивого развития».

Кроме того, и российский бизнес рассматривается как полноправный участник процесса реализации национальной повестки устойчивого развития. Практически большинство крупнейших российских корпораций систематически предоставляют соответствующие отчеты выполнения ЦУР в сочетании с реализацией национальной социально-экономической стратегии.

Для анализа возможных перспективных трендов устойчивого развития за пределами ХХI века, где в значительной степени утрачивается эвристическая значимость математических расчетов и компьютерного моделирования, используется метод сценарных построений. Обычно рассматриваются три сценарных прогноза: оптимистический, пессимистический и реалистический сценарии.

Какой сценарий будет реализован? От этого зависит конструктивный динамизм цивилизации, ориентированной на стратегическое существование на рубеже ХХI–ХХII веков.