Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Математика, химия, физика arrow Теория глобальных систем и их имитационное управление

РЕАЛЬНЫЕ ПРИМЕРЫ ГЛОБАЛЬНЫХ И ЛОКАЛЬНЫХ СИСТЕМ

Понятия глобальности и локальности являются относительными в плане энергии, величины, функций и других показателей, а также по уровню, месту и времени детализации. Далее мы рассмотрим примеры различных систем. Энергия систем, видимо, — главный показатель, который определяет основные функциональные показатели.

МИРОВАЯ ГЛОБАЛЬНАЯ СИСТЕМА ЗЕМЛИ И ЧЕЛОВЕЧЕСТВА

Вся энергия Земли и Солнца используется для того, чтобы поддерживать процессы, которые мы называем мировыми или системными законами. Не важно, как называются эти законы, не важно, что многие их этих законов нам неизвестны. Мы также не знаем, на какие объекты они влияют, главное, что такие законы являются всеобщими. Видимо, энергия и мировые законы неразделимы. Энергия не существует без мировых законов, так же как мировые законы не существуют без энергии. Не было бы движения вещества и полей — не было бы и мировых законов. Поэтому важно определить, какую энергию имеет исследуемый объект и каким законам подчиняется.

Начнем с того, что примерно оценим энергию главных объектов — Солнца и Земли. Солнце передает Земле огромную энергию — примерно 1025Дж в год в виде излучения. Всего по всем направлениям Солнце за год излучает энергию, равную 1034Дж [7, 9].

Земля также обладает большой энергией. Один грамм массы, в том числе вещества земли, дает энергию 9 • 1013Дж, которая требуется для того, например, чтобы вскипятить 30 000 т воды. Вся масса вещества Земли имеет 1024 кг, или 1027 г, что дает энергию вещества Земли в 9 • 1013 • 1027 = 9 • Ю40Дж. Кроме того, вращение вещества Земли вокруг своей оси дает энергию в 1029Дж [9].

Энергия не сосредоточена в какой-то точке или во многих точках. Энергия размыта по пространству, но неравномерно. Одни объекты имеет большую энергию, а другие — меньшую. Энергия дает начало существования объектам; не важно, какие это объекты — вещества или поля. Например, Солнце, Земля, атмосфера, континенты, моря и т.д. образуют большую систему, которая является глобальной. Структура такой системы, в нашем понимании, состоит из нескольких уровней: уровень 1 — Солнце; уровень 2 — Земля; уровень 3 — континенты, атмосфера, моря, магнитное поле и др. Элементы уровня 4 — животный и растительный мир; уровень 5 — человечество; уровень 6 — социальные и политические отношения и др.; уровень 7 — экономические отношения; уровень 8 — объекты экономических отношений; уровень 9 — виды объектов и другие уровни (рис. 3.1). Это означает, что глобальная система Земли состоит из множества уровней и элементов, которые имеют разнообразную энергию. Энергия какого-либо элемента системы определяет время существования данного объекта.

Структура мировой глобальной системы

Рис. 3.1. Структура мировой глобальной системы

Человечество использует энергию (на душу населения) с годами все более интенсивно. Но человек — маленькая система, относительно локальная и живет в среднем Т = 60—90 лет. Человек в день потребляет в среднем примерно 1000—3000 ккал энергии, примерно 730 000 ккал в год, или 66 кг нефтяного эквивалента. За всю жизнь человек в среднем использует 55 000 000 ккал энергии, т.е. Е0 = = 55 000 ккал, или 4970 кг нефтяного эквивалента.

Посчитаем, какая энергия получается в других системах, потому что в других системах применяются другие показатели энергии, например в промышленности, энергетике, военных делах и др. (табл. 3.1—3.5).

Таблица 3.1

Система единиц энергии

Единица топлива

Условное топливо (у. т.)

Килокалории (ккал)

Джоули (Дж)

Кг

1

7006,36

29,33 • 10е

Т

1

7 006 360

29,33-109

Тыс. т

1000

7 006 360 000

29,33 - 1012

Таблица 3.2

Система единиц энергии в нефтяном эквиваленте

Единица топлива

Нефть

Килокалорий (ккал)

Джоулей (Дж)

Грамм

1

11

46,048-103

Кг

1

11 000

46,048-106

Т

1

11 000 000

46,048-109

Тыс.т

1000

11 000 000 000

46,048-1012

Таблица 3.3

Энергопотребление населения (пища, вода) по годам

Население (тыс. чел.)

Год

Энергия (тыс. т н.э.)

2 518 629

1950

167 145

3 021 475

1960

200 516

4 434 682

1980

294 302

5 674 380

1995

376 572

6 070 581

2000

402 866

6 453 628

2005

428 286

6 900 000

2010

446 372

Таблица 3.4

Энергопотребление промышленности и сельскохозяйственной продукции

по годам

Население (тыс. чел.)

Год

Энергия (тыс. т н.э.)

4 434 682

1980

6249 745

5673 000

1994

8 011 531

5 753 380

1996

8 280 255

Таблица 3.5

Запасы ядерного оружия и их энергоемкость по годам (из бюллетеня _ядерных испытаний)_

Запасы ядерного оружия (единицы)

Население (тыс. чел.)

Год

Энергия (тыс. т н.э.)

32

2 418 629

1947

69,493

1055

2 618 629

1952

2291,088

7124

2 855 823

1957

15 470,813

30 000

3121 500

1962

65 149,409

39 563

3 450 000

1967

85 916,869

40000

3 800 000

1972

86 865,879

57000

4 590 000

1982

123 783,878

69 478

4 900 000

1986

150 881,689

125 000

6 540 000

2006

271 455,872

Энергопотребление населения (пища, вода) по годам

Рис. 3.2. Энергопотребление населения (пища, вода) по годам

Энергопотребление промышленности и сельскохозяйственной продукции по

Рис. 3.3. Энергопотребление промышленности и сельскохозяйственной продукции по

годам

Энергоемкость запасов ядерного оружия по годам

Рис. 3.4. Энергоемкость запасов ядерного оружия по годам

Численность населения с 1750 г. и ее прогноз до 2400 г

Рис. 3.5. Численность населения с 1750 г. и ее прогноз до 2400 г.

Численность населения мира и ее прогноз до 3000 г

Рис. 3.6. Численность населения мира и ее прогноз до 3000 г.

Прирост населения
 Рис. 3.8. Относительный прирост населения

Рис. 3.7. Прирост населения Рис. 3.8. Относительный прирост населения

Таблица 3.6

Численность населения, ее прирост и энергопотребление населения мира

по годам

Год

Численность населения мира (тыс. человек]

Прирост населения (тыс. человек)

Энергопотребление населения мира в год (т н.э.)

Прирост энергопотребления населения мира в год (т н.э.)

Энергопотребление населения мира в год (т н.э.)

Прирост энергопотребления населения мира в год (тыс.

(т н.э.)

Относительные индексы прироста населения мира (%)

1000

310 000

205 72 727

20 573

1750

791 000

481 000

524 93 636

31 920 909

52 494

31 921

0,608

1800

978 000

187 000

649 03 636

12 410 000

64 904

12410

0,191

1850

1 262 000

284 000

837 50 909

18 847 273

83 751

18 847

0,225

1900

1 650 000

388 000

109 500 000

25 749 091

109 500

25 749

0,235

Окончание табл. 3.6

Год

Численность населения мира (тыс. человек)

Прирост населения (тыс. человек)

Энергопотребление населения мира в год (т н.э.)

Прирост энергопотребления населения мира в год (т н.э.)

Энергопотребление населения мира в год (т н.э.)

Прирост энергопотребления населения мира в год (тыс.

(т н.э.)

Относительные индексы прироста населения мира (%)

1950

2 518 629

868 629

167 145 379

57 645 379

167 145

57 645

0,345

1955

2 755 823

237 194

182 886 435

15 741 056

182 886

15 741

0,086

1960

3 021 475

265 652

200 516 068

17 629 633

200 516

17 630

0,088

1965

3 334 874

313 399

221 314 365

20 798 297

221 314

20 798

0,094

1970

3 692 492

357 618

245 047 196

23 732 831

245 047

23 733

0,097

1975

4 068 109

375 617

269 974 506

24 927 310

269 975

24 927

0,092

1980

4 434 682

366 573

294 301 624

24 327 117

294 302

24 327

0,083

1985

4 830 979

396 297

320 601 334

26 299 710

320 601

26 300

0,082

1990

5 263 593

432 614

349 311 172

28 709 838

349 311

28 710

0,082

1995

5 674 380

410 787

376 572 491

27 261 319

376 572

27 261

0,072

2000

6 070 581

396 201

402 865 830

26 293 339

402 866

26 293

0,065

2005

6 453 628

383 047

428 286 222

25 420 392

428 286

25 420

0,059

2010

6 900 000

446 372

455 400 000

29 460 552

455 400

29 460

0,064

Таблица 3.7

Энергопотребление в мире по годам (тыс. т н.э.)

Год

Энергопотребление

населения

Энергопотребление промышленной сельскохозяйственной продукции

Запасы ядерного оружия и их энергоемкость

Общая сумма потребляемой энергии по годам

1950

167 145

4 370 000

125

4 537 270

1955

185 000

4 550 000

2500

4 737 500

1960

200 516

4 750 000

49 800

5 000 316

1965

224 000

5 000 000

78 000

5 302 000

1970

245 000

5 400 000

86100

5 731 100

1975

270 000

5 800 000

101 000

6 171 000

1980

294 302

6 249 745

118 000

6 662 047

1985

327 000

6 930 000

149 000

7 406 000

1990

350 000

7 500 000

178 000

8 028 000

1995

376 572

8 200 000

209 000

8 785 572

2000

402 866

8 850 000

240 000

9 492 866

2005

428 286

9 350 000

269 000

10 047 286

2010

455 400

10 250 000

300 000

11 001 000

Таблица 3.8

Численность населения мира и отдельных континентов (тыс, человек)

Год

Общее

Африка

Азия

Европа

Центральная и Южная Америка

Северная

Америка

Океания

8000 до н.э.

5000

1000 до

н.э.

50 000

500 до

н.э.

100 000

1 н. э.

300 000

1000

310 000

1750

791 000

106 000

502 000

163 000

16 000

2000

2000

1800

978 000

107 000

635 000

203 000

24 000

7000

2000

1850

1262 000

111 000

809 000

276 000

38 000

26 000

2000

1900

1650 000

133 000

947 000

408 000

74 000

82 000

6000

1950

2518 629

221 214

1 398 488

547 403

167 097

171 616

12812

1955

2755 823

246 746

1 541 947

575 184

190 797

186 884

14 265

1960

3021 475

277 398

1 701 336

604 401

218 300

204 152

15 888

1965

3 334 874

313 744

1 899 424

634 026

250 452

219 570

17 657

1970

3 692 492

357 283

2143 118

655 855

284 856

231 937

19 443

1975

4 068 109

408 160

2 397 512

675 542

321 906

243 425

21 564

1980

4 434 682

469 618

2 632 335

692 431

361 401

256 068

22 828

1985

4 830 979

541 814

2 887 552

706 009

401 469

269 456

24 678

1990

5 263 593

622 443

3 167 807

721 582

441 525

283 549

26 687

1995

5 674 380

707 462

3 430 052

727 405

481 099

299 438

28 924

2000

6 070 581

795 671

3 679 737

727 986

520 229

315 915

31 043

2005

6 453 628

887 964

3 917 508

724 722

558 281

332 156

32 998

2010

6 900 000

1 030 000

4 157 000

739 000

497 000

344 000

37 000

В табл. 3.1—3.2 приведены показатели системы единиц энергии, однако эти показатели в различных изданиях количественно отличаются. Например, эквивалент одной тонны нефти (сокращение — т н.э.) соответствует следующим данным: 1 т (метрическая) нефти = (10— 11)- 106 ккал = (41—46) 109 Дж. В работе принято, что 1 т нефти дает количество энергии, равное 11 • 106 ккал, или 46,048 • 109 Дж. Учитывая, что потребление энергии осуществляется различными способами [2, 5,6,11], в том числе для поддержания жизни человека, производства товаров и услуг, военной деятельности и др., данные табл. 3.3— 3.6 получены из статистических данных, а данные табл. 3.7 — путем прогноза.

Будем измерять потребление энергии раздельно.

Человек потребляет энергию в среднем 2000 ккал в день, или 730 000 ккал в год. Общее потребление энергии человечеством в 1980 г. составило 294 302 тыс. т н.э., в 1995 г. уже 376 572, а в 2005 г. — 428 286 тыс. т н.э., 2010 г. — 490 000 (см. табл. 3.3 и 3.6).

На производство товаров и услуг в 1980 г. было израсходовано 6 249 745 тыс. т н.э., а в 1996 г. — 8 280 255 тыс. т н.э. [5, 6] (см. табл. 3.4).

На военную деятельность и др. способы использования энергии было израсходовано в 1947 г. 9,493, в 1962 г. — 65 149,409, а в 2006 г. — уже 271 455,872 тыс. т н.э. (см. табл. 3.5 и рис. 3.4).

Очевидно, что использование человечеством энергии на поддержание своей жизнедеятельности неизмеримо меньше, чем затраты на производство товаров и услуг и военную деятельность и др. способы использования энергии. Человечество использует энергию не только для поддержания биологической жизни, но управляет процессами добычи энергии, производства материальных и нематериальных продуктов, а также в военных целях и др.

Учитывая, что численность населения Земли за последние 1000 лет (1000—2010 гг.) изменилась примерно с 310 млн до 6900 млн человек, при этом человечество стареет, прирост населения стал снижаться (см. рис. 3.5—3.8). Можно сделать вывод, что численность населения мира и его потребление энергии (пища и вода) будет ограничено и составит примерно (0,17—0,19) • 107 тыс. т н.э. с учетом конечного числа населения мира — примерно в 10—12 млрд человек.

В 2010 г. потребленной энергии на производство товаров и услуг составило примерно 1 • 107 тыс. т н.э. Зная, что энергоемкость военной деятельности быстро нарастает (за 45 лет — с 1965 г. по 2010 г. — примерно в 4 раза и составила примерно в 2010 г. 300 000 тыс. т н.э., то ее энергоемкость в следующие 45 лет увеличится еще более — примерно на 400—800% и может достигнуть (0,12—0,24) х х 107 тыс. т н.э. Потенциал энергоемкости военной деятельности рассчитывается из того, что энергия одного атомного заряда составляет 1014 Дж, или 2,2 тыс. т н.э. (водородные заряды с энергией 1017 Дж не учитываются).

Управление любой системой производится с целью данной системы. Если система глобальная, то цель одна, а если локальная— цели разные. Собственниками энергии являются государства Земли, которые используют энергию по трем позициям: поддержание жизни человека, производство товаров и услуг и военная деятельность. Третья позиция является наиболее опасной. Почему? В мире существует

252 государства, а обладателями ядерного оружия являются примерно 10 государств, и их число растет: 60 лет назад было всего 2 страны. За этот период число ядерных государств увеличилось в 5 раз. Учитывая, что эти государства являются частью мировой системы, состоящей из локальных систем (государств), вероятность ядерной опасности сильно увеличивается [2,3]. С учетом теории надежности [10, с. 104-118] можно вычислить надежность системы (мировой). Теория говорит, что чем большее число локальных систем (государств) будет обладать оружием разрушительной силы, тем меньше надежность глобальной системы (мировой). Любая локальная система может стать глобальной системой и уничтожить мировую глобальную систему Земли. Вероятность Ps (t) опасности разрушения мировой системы государств можно вычислить с рядом допущений примерно так:

где Рх> — вероятность разрушения мира со стороны одной локальной системы, входящей в состав глобальной.

В табл. 3.9 приведена информация о гипотетической вероятности опасности Рх- каждой локальной страны и результаты исследования вероятности разрушения мировой системы государств Ps (t). Данные таблицы свидетельствуют о том, что вероятность применения ядерного оружия террористами лишь немного (на тысячные доли) меньше, чем вероятность применения ядерного оружия сразу всеми ядер- ными державами. И чем больше государств будет обладать ядерным оружием, тем выше вероятность глобального разрушения.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы