?

Log in

No account? Create an account

Делай, что должен

будет, что будет

Previous Entry Share Next Entry
Чашка Петри (PEAK7)
crustgroup
Современное человечество, при более пристальном рассмотрении, если убрать из него броуновское бурление политических партий, национальных государств или вопросы проведения различных олимпиад, чемпионатов по футболу или песенных конкурсов, напоминает своим поведением совершенно другой вид.

Вид (а точнее — целый набор видов, сведённый в классификатор очень высокого уровня — домен), который старше нас, как минимум, на несколько миллиардов лет, но при этом сохраняет своё весомое и почтенное место в биосфере планета Земля.

Я говорю о бактериях.

image_47399
Это не магические карамельки M&Ms, это они.

И пусть мы считаем себя гораздо умнее и гораздо продвинутее, чем эти мелкие комочки слизи, но, на деле, наше поведение, как это не печально, часто укладывается на точно такую же кривую, как и у бактерий, весело плодящихся внутри ёмкости с вкусным куриным бульоном.
Эта кривая называется "рост бактерий в чашке Петри" или S-образная кривая.

Многие, даже очень образованные люди иногда предпочитают игнорировать её влияние на нас, а для широких масс она и вовсе неизвестна и непонятна — по сути дела они являются лишь "исполнительной" частью этой самой кривой, демонстрируя своим поведением полное ей соответствие.
Как бактерии.
Что есть обидно и неправильно.

Кем и когда была придумана эта модель и что из неё следует?

Модель S-образной кривой впервые была предложена французским математиком Пьером Ферхюльстом ещё в 1838 году.

388px-Pierre_Francois_Verhulst
Пьер Франсуа Ферхюльст

Надо сказать, что в те уже далёкие от нас времена проблемы роста населения и связанные с этим вопросы по органичениям по ресурсам были столь же остры и актуальны, что и сейчас.
Ферхюльст, например, был активным последователем Мальтуса.

Сам термин "мальтузианство" сейчас, к сожалению, имеет окраску, схожую с терминами "фашизм" или "геноцид", в то время, как сам Мальтус ни фашистом, ни человеконенавистником отнюдь не был.

В то время человечество (конечно, лишь в лице немногих своих умов) впервые осознало ситуацию ресурсных ограничений, которые до тех пор незримо задавали 200-300 летние колебания численности первобытных и доиндустриальных (традиционных) обществ. Вопросы этой автоколебательной динамики, если что, я уже рассматривал здесь на примере средневекового Китая. Ёжики мучались, но ели кактус, а Молох сельскохозяйственного цикла всё убивал и убивал следующие поколения людей.

Безусловно, сейчас, по прошестви вот уже двух веков со времени написания классических работ Мальтуса, его оригинальные построения и выводы уже кажутся наивными и упрощёнными. Однако, надо понимать, что для своего времени это был прорыв — и прорыв революционный. Впервые от наблюдательной позиции "бог дал — бог взял", которая выносила вопросы миропостроения в трансцендентную и непознаваемую плоскость, люди перешли к анализу, синтезу и прогнозу своей собственной судьбы.

И, пожалуй, не будь идей Мальтуса о конечности ресурсов, революция "угля и пара" не имела бы под своим фундаментом отрицательной, задающей движение вперёд, рамки идей мальтузианства. Которая, в том числе, возможно, и определила историческое отличие Европы от Китая или Индии. Европа ушла вперёд, а Китай и Индия, несмотря на свои человеческие и материальные ресурсы, так и остались в незавидной роли догоняющих.

Но — вернёмся к S-образной кривой.
Вот она, с кратким объяснением:

041_p1_1

В оригинальной работе Ферхюльста S-образная кривая была применена для объяснения и прогнозирования роста населения в условиях внешних ограничений (Мальтус и мальтузианцы рассматривали в качестве такого ограничения количество и качество пахотных земель).
Однако, позднее выяснилось, что S-образная кривая спокойно объясняет целый спектр явлений — от автокаталитических химических процессов или развития интеллекта у детей —  до процесса вывода модных товаров на новые рынки. То есть, S-образной кривой можно объяснить поведение и стада бизонов, и нового "ай-да-фона", который "чуть-чуть легче и немножко быстрее старого". Где есть сложная система со многими ограничителми и со свободной энергией внутри, которую некуда девать — там будет и S-кривая.

В целом любая S-образная кривая делится на три непохожих друг на друга части — кривую старта или обучения, кривую зрелости или повышенной отдачи и кривую убывающей отдачи или стагнации, о которой я уже тоже говорил. Желающие и торопящиеся понять — сразу могут сравнивать график добычи нефти с S-образной кривой и начинать искать отличия или сходство.

Поговорим вкратце об особенностях каждого из участков кривой. Вначале у нас идёт "участок обучения". На этом участке процесс развития чего-либо или кого-либо ещё только "набирает ход". Это "время больших ожиданий", но и одновременно — время самых больших ошибок. 

Первые люди, пересёкшие Беринговый перешеек, попадают в совершенно иной мир Северной Америки, с новыми зверями и с новыми условиями жизни. Первые нефтяники осваивают бурение примитивных скважин. Угольщики пробуют добывать кардиффский уголь. Курчатов строит первый атомный реактор, а Теллер взрывает свой "дом с жидким водородом". Понятно, что "обучаются" именно они, эти первые и смелые исследователи и пионеры.

Начальный процесс обучения часто представляет из себя процесс "проб и ошибок", когда идея постоянно сталкивается с внешними трудностями, преодоление которых и позволяет реализоваться технологической, технической или экономической концепции во всей своей красе. Исследователи или пионеры в этот период уподобляются ёжикам в тумане, которые, двигаясь по лесу проблем, "утыкаются" в очередное дерево очередной проблемы роста. Таких деревьев в начале рождения идеи, народа, уклада или нового разума очень много (и они гораздо толще, чем потом: трудно сказать "мама", а вот когда надо сказать "параллелепипед" — это уже гораздо проще).
Однако, по мере продвижения к опушке от начального "леса проблем" и деревьев становится меньше, и сами они становятся слабее, поэтому важно, чтобы направление выхода из леса (концепция) изначально было выбрано правильно. Очень много концепций умирает именно на этом этапе, когда пионеры и исследователи решают, что "нуегонафиг — пилить и дальше напильником паровоз в ракету".

В период обучения технологии S-кривая имеет пологий характер - вкладываемые в развитие ресурсы ещё не дают хорошей отдачи. Новые идеи часто напоминают только что родившихся жеребят скаковых лошадей или щенков борзых собак. Они страшно неуклюжи, но в них заключены большие возможности, для выявления которых требуется много денег. История техники и бизнеса вся пестрит примерами, подтверждающими сказанное; сначала рождается технологическая концепция (идея), а затем технология отлаживается (доводится), к ней привыкают сами изготовители (обучаются), и только после этого технология переходит в период повышенной отдачи.

Второй период, период стабильного роста и повышеной отдачи — это "золотое время" процесса развития. Буря и натиск, механизированные дивизии идут в прорыв фронта, идёт сбор урожая, раздача пряников, выгул слонов и материализация денег.

На этом участке основные технологические проблемы решены. На это ушло, возможно, много времени, но теперь кому бы то ни было догнать новаторов и первопроходцев нелегко - любая другая конкурирующая система должна будет пройти свой участок обучения, даже, если ей удастся взять эту же технологию на вооружение.

В общем всё, как в жизни — европейцы приплывают к берегам Нового Света с мушкетами, индейцы культуры Кловис бьют мастадонтов, как тушки, Египет засыпает соседей по бронзе зерном и голозадой пехотой, "Бритиш Петролум" качает нефть во всё ускоряющемся темпе, а народы Средней Азии плодятся, как кролики.

Однако, как и всегда в жизни, наступает такой момент, когда дополнительные вложения уже не приводят к крупным успехам. Появляются новые ограничения для процесса (например, дальнейшее уменьшение размера микросхем и повышение степени интеграции невозможно из-за встающих во весь рост проблем с отводом тепла от кристалла). Приходится тратить все более и более крупные средства на преодоление трудностей — придумывать "довески" и "примочки" к концепции. Технология насыщается. И вот тут наступает самый неприятный момент — третий участок кривой.

Наступает период падающей отдачи. Старые фокусы не помогают, новых придумать не получается.

S-process

И вот тут происходит самое неприятное.
Процесс вроде бы как и "идёт", бюджеты осваиваются и пилятся, железные легионы вроде бы по-прежнему "непобедимы", нефть вроде бы всё та же нефть и воссияние светлого образа "прошлых, славных дней" всё ещё с нами.

В точке t2 графика "внезапно" происходит слом второй производной (то есть — ускорения процесса, скорость всё ещё сугубо положительна!)
И — дальше начинается "Трэш, угар и содомiя". Ну и "Адъ и Израиль" одновременно. Стоимость поддержания процесса после прохождения точки t2 на графике начинает расти практически по экспоненте.
Результаты начинают ухудшаться и система начинает алчно поглощать ресурсы, людей и время.

Собственно говоря, уже в точке t2 можно тушить свечи, распускать Учредительное собрание и честно говорить о том, что "караул устал". Но, в реальной жизни, лица, принимающие решения, слишком вовлечены в процесс.
Если кто забыл — может перечитать "Ярость". Гегемон и начальник прёт до конца, вплоть до точки t3, когда в минус уже уходит скорость (то есть система начинает сжиматься) — а если инерции системы хватает — то и дальше.

Дальше — это Катастрофа Бронзового Века, крах Римской Империи, закат Испании и распад СССР.
Дальше — грядущий суперкризис, в который сейчас влетает всё человечество.

Хорошо, скажет читатель: "А как же прогресс? Где это замечательное непрерывное и неостановимое движение вперёд?"

Вот оно:

S-process2

Это просто совокупность S-кривых.
Каждая следующая кривая, стартуя чуть позже и на результатах предыдущего развития, выносит человечество всё выше и выше по леснице развития.
Это ярость. Это судьба. Это прогресс.

Другого прогресса у меня для Вас нет.
И другой нефти или газа — тоже.
Есть атомная энергия — но это уже совсем другая кривая и совсем другая чашка Петри...


promo crustgroup september 5, 2012 16:48 88
Buy for 100 tokens
Начиная цикл статей о ядерной энергии я постараюсь описать несколько моментов, которые часто проговариваются вскольз, либо вообще не упоминаются при разговоре о "ядерной альтернативе" ископаемым минеральным топливам. Стартанём собычных цифр и картинок, которые иногда гораздо более…

Замечательная статья.
Тема - сверхактуальна.
Изложено талантливо.
И вообще, весь цикл ваших статей очень логично выстраивается в систему.

Касательно последнего графика - примерно подобные выводы были озвучены в трудах В. Белла. Читали? Если нет, то советую почитать.

Edited at 2013-01-03 09:07 am (UTC)

На одной кафедре микробиологии одного столичного университета имеют привычку при показе слайда с кривой роста бактерий спрашивают "Ничего не напоминает?", наблюдают тишину в лекционном зале, и заключают "График роста населения же!" :-D

Спасибо, интересно. Обновил чуток знания. Ранее читал у других авторов про это, сейчас немного с другой стороны взглянул и применительно к практической деятельности жизни.

"Другого прогресса у меня для Вас нет" -

- Кто бы сомневался!

ТРИЗ рассматривает кривые развития технических систем более углубленно, есть работы по исследованию их аналогии с законами реакций, т.е. эти кривые все больше претендуют на универсальность в любой сфере.

Все это замечательно... и судя по всему - верно...

Вот только пока хотя бы большинство населения (и не только в России) не будет понимать этих, в общем-то несложных истин... и не просто понимать, а действовать с ними в соответствии... все это будет не более чем явлением Христа перед очи Великого Инквизитора...

Есть мнение, что последний график не совсем точен.
Эта совокупность S-кривых не является линейной, а представляет собой S-кривую более высокого порядка.
S-кривые более высокого порядка могут переставать быть плоскими, могут по желанию уходить в объем и вовсе многомерность наверно:)
У системы на этапе старения есть как минимум два выбора - умереть или перейти на более высокий уровень. Возможно - сохранив свою индивидуальность. Кто знает:)
Главное, не забыть полотенце:)

Понятно что автор упростил. Важен сам принцип.

логистическая кривая вообще часто встречается, разработка месторождений тоже идет по этой же кривой, С.П. Капица через похожую функцию рассчитал ожидаемую конечную численность населения планеты

Даже мне понятно, у вас талант. Начинаю думать и искать аналогии у себя в жизни

На последнем графике совокупность s-образных кривых это результат деятельности разных человеческих сообществ. В силу того, что ёмкость Земли ограничена, со всей неизбежностью следует, что и в большем масштабе мы получим такую же s-образную.

В рамках Земли - да. Но Земля - это песчинка в космосе. Логично всё же победить проклятие гравитационного колодца.

Интересно что будет следующей кривой. Замкнутый цикл? Термояд? Это такое далёкое "послезавтра"
Кто-то там прогнозировал, что на Китай и Индию придётся половина мирового ВВП. Для этого им надо потреблять столько же энергии сколько восьми Россиям или трём США (исходя из подушевого потребления), но в мире столько энергии нет, а та что есть - дорожает. Скоро будет их пик угля и крах. Бангладеш недавно опередил Россию по населению (146 млн против 143)

"Интересно что будет следующей кривой" -

- А кто вам обещал, что она будет вообще?

В каком-то смысле эта S-линия - частный случай гистерезиса, imho. :)

Она вообще, сволочь, почти везде.
Только на взрыве - экспонента.

Но и она потом в S-линию превращается...

В математике нет функции описывающей S-кривую как отрезок, есть обычная, хорошо всем со школы известная гармоническая функция sin.
А мир гармоничен.
Поэтому предлагаю пересмотреть последний график, и заменить его на произведение двух (или более sin-ов) с разными периодами.
В результате и получится искомая автоколебательная ф-ия с восходящим (пока мы на участке подъёма самого низкочастотного sin-а) трендом.
Я так думаю...
PS Тут вся фишка - какова эта самая наименьшая частота/период, определяющая этот тренд.

Edited at 2013-01-05 07:39 am (UTC)

Странно слышать, что "в математике чего-то там нет".
В математике есть всё - причём даже то, чего вы в физике или химии днём с огнём в макромире не сыщете.

Синус хорош - но ровно до тех пор, пока у вас нет нескомпенсированного влияния какого-нибудь фактора, который и задаёт однонаправленную "стрелу времени".

Обычно этот фактор вводят, как "трение системы". Он-то и определяет S-образную форму кривой развития.

А можно-ли понастроить приливных электростанций вдоль СЛО и окончательно решить энергетический вопрос?

Луна ежегодно удаляется в среднем на 3,8 см. т.е. эффективность приливных электростанций тоже ежегодно будет снижаться. :-)