SETI: Поиск Внеземного Разума

С. П. Капице, по-видимому, впервые удалось описать закономерности роста народонаселения Земли на огромном промежутке времени от «происхождения человека» до наших дней. Длительность этого периода по данным современной антропологии около 4,5 млн лет. С. П. Капица разделяет его на три эпохи. Ранняя эпоха А, когда население росло очень медленно, изменяясь от нуля пропорционально сtg t; основная эпоха В, когда имеет место гиперболический закон роста, при котором относительный прирост населения α непрерывно увеличивается; и поздняя эпоха С, для которой начинает сказываться ограничение на относительный прирост α. С. П. Капица показал, что изменение численности население во все три эпохи может быть описано одной общей формулой и определил временные границы перехода от одной эпохи к другой. Эпоха А начинается около 4,4 млн лет тому назад и длится 2,8 млн лет; около 1,6 млн лет тому назад она сменяется эпохой В, длящейся почти до современного момента, она охватывает палеолит, неолит и весь известный исторический период развития человечества. Переход к эпохе С падает на последние десятилетия XX века. В эту эпоху население растет пропорционально arcctg [(t_∗ — t)/τ]. При t → ∞ численность населения стремится к некоему предельному значению N_пр . Для различных параметров модели N_пр равняется от 10 до 25 млрд чел.

Модель Капицы дает весьма оптимистический сценарий разрешения демографической ситуации на Земле. Однако имея в виду, что пока еще переход к стабилизации для всего земного шара не заметен, мы рассмотрим менее благоприятную ситуацию, когда после смены гиперболического закона некоторое время продолжает действовать экспоненциальный закон роста. Как скоро в этом случае мы столкнемся с положением, когда вступят в силу ограничения, препятствующие дальнейшему экспоненциальному росту?

Выше мы видели, что производство энергии на земном шаре ограничено некоторой предельной величиной E_пр связанной с «эффектом перегрева». После достижения этого предела энергетика должна быть стабилизирована. Если население будет продолжать расти экспоненциально, то производство энергии на душу населения будет экспоненциально уменьшаться. Чтобы этого не произошло, численность населения также должна быть стабилизирована. Если мы хотим обеспечить производство энергии на душу населения, по крайней мере, не ниже современного, то численность населения не должна превышать величины N_пр = E_пр/ε₀ , где ε₀ — современное производство энергии на душу населения. Поскольку E_пр заключено между Е₁ и Е₂, то N_пр заключено между N₁ и N₂, где N₁ = Е₁/ε₀, N₂ = Е₂/ε₀ . Принимая ε₀ = 2 кВт/чел., Е₁ = 10¹¹ кВт, Е₂ = 10¹² кВт, получим N₁ = 50 млрд чел., N₂ = 500 млрд чел. Эти величины можно назвать, соответственно, первым и вторым энергетическим пределом для населения.

Сможет ли Земля прокормить такое население? Фон Хорнер приводит такой расчет: 1 км² суши, засеянной пшеницей (или другой столь же продуктивной культурой), при урожае 30 центнеров с одного гектара дает 11 • 10⁸ калорий в год. Потребность человека составляет в среднем 9 • 10⁵ кал/год. Следовательно, 1 км² суши может прокормить 1200 человек. Если предположить, что вся поверхность суши превращена в культурную пашню, то она сможет обеспечить пищей 180 млрд чел. Эта величина находится как раз между первым и вторым энергетическим пределом для населения.