Почему законы термодинамики управляют всей экономической деятельностью

Лишь во второй половине XIX века, когда физики сформулировали первый и второй законы термодинамики, экономисты получили научную базу для точного описания экономической деятельности. К этому времени, однако, экономическая доктрина настолько погрязла в аналогиях с ньютоновской механикой, что представители экономической науки уже не могли отстраниться от нее, хотя ее допущения по большей части были неприменимы к экономической практике.

Первый и второй законы термодинамики гласят, что «совокупная энергия Вселенной постоянна, и что совокупная энтропия непрерывно возрастает». Первый закон термодинамики, закон сохранения энергии, утверждает, что энергия не создается и не уничтожается, то есть количество энергии во Вселенной не изменяется с начала времен и будет оставаться таким же до скончания времен. Хотя количество энергии неизменно, энергия постоянно изменяет свою форму, но в одном направлении — она переходит из доступной формы в недоступную. Здесь на сцену выходит второй закон термодинамики. В соответствии со вторым законом энергия всегда течет от горячего к холодному, концентрируется, чтобы рассеяться, упорядочивается, чтобы прийти в беспорядок.

Чтобы понять, как первый и второй законы работают в реальном мире, представьте себе горящий кусок угля. Энергия, заключенная в угле, никуда не исчезает. Она трансформируется в диоксид углерода, диоксид серы и другие газы, которые рассеиваются в атмосфере. Хотя энергия сохраняется, мы не можем вернуть рассеянную энергию обратно в кусок угля и использовать ее еще раз. Рудольф Клаузиус, немецкий ученый, ввел термин энтропия в 1868 г. для обозначения энергии, которую больше нельзя использовать.

Клаузиус понял, что работа осуществляется, когда энергия переходит из высококонцентрированного состояния в рассеянное состояние, другими словами, от среды с высокой температурой к среде с более низкой температурой. Так, паровой двигатель работает потому, что одна часть машины очень горячая, а другая — очень холодная. Переход энергии от области с высокой температурой к области с более низкой температурой сокращает количество энергии, доступной для выполнения работы в будущем. Если раскаленную докрасна кочергу вынуть из печи, она немедленно начнет остывать, поскольку тепло течет от горячей поверхности к холодной окружающей среде. Через некоторое время кочерга приобретет такую же температуру, как и окружающий воздух. Физики называют это равновесным состоянием — разница в уровнях энергии исчезает, и работа больше выполняться не может.

Сразу хочется спросить: «А почему нельзя повторно использовать всю эту рассеянную энергию?» Частично можно, но для этого потребуется дополнительная энергия. Ее использование повышает общую энтропию.

Нередко, когда я читаю лекции по термодинамике, возникает вопрос, не слишком ли пессимистичны мои взгляды, ведь Солнце, наш источник энергии, будет светить еще миллиарды лет и давать достаточно энергии для всего живущего на земле так долго, как можно только представить. Да, это правда. Однако есть другой источник энергии, который значительно более ограничен, — энергия, заключенная в материальной форме в ископаемом топливе и металлических рудах. Эти виды энергии фиксированы и конечны, по крайней мере с точки зрения геологического времени, которое важно для нашего выживания как вида.

Физики говорят, что с точки зрения термодинамики Земля представляет собой практически замкнутую систему по отношению к Солнцу и Вселенной. Термодинамические системы можно разделить на три типа: открытые системы, которые обмениваются и энергией, и материей; закрытые системы, которые обмениваются энергией, но не материей; и изолированные системы, в которых нет обмена ни материей, ни энергией. Земля по отношению к Солнечной системе является относительно закрытой. Иначе говоря, она принимает энергию от Солнца, однако за исключением нечасто падающих метеоритов и космической пыли получает очень мало материи из окружающего пространства.

Ископаемое топливо представляет собой яркий пример материальной формы связанной энергии. Она во всех отношениях конечный ресурс, который быстро истощается и, скорее всего, никогда не восстановится на Земле, по крайне мере в пределах временно́го горизонта, представляющего интерес для нашего биологического вида. Ископаемое топливо формировалось в течение миллионов лет в результате анаэробного разложения умерших организмов. При сжигании этого топлива использованная энергия в форме газов больше непригодна для совершения работы. Хотя теоретически когда-нибудь в отдаленном будущем — через миллионы лет — процесс анаэробного разложения может привести к появлению сопоставимых запасов ископаемого топлива, перспектива этого настолько отдаленна, что надеяться на нее смысла нет.

Редкоземельные элементы — еще один пример внутренних термодинамических ограничений, существующих на земле. Существуют 17 редкоземельных металлов — скандий, иттрий, лантан, церий, празеодим, неодим, прометий, самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий и лютеций, которые используются в различных промышленных и технических процессах и необходимы для технологий и продуктов, имеющих критическое значение для выживания и процветания общества. Они называются редкими то той причине, что их запасы ограничены и быстро истощаются в результате использования для удовлетворения потребностей населения и глобальной экономики.

Альберт Эйнштейн как-то задался вопросом, какие законы науки вряд ли будут опровергнуты или значительно изменены будущими поколениями ученых. По его мнению, испытание временем вероятнее всего выдержат первый и второй законы термодинамики. Вот что он написал:

Теория тем убедительнее, чем проще ее предпосылки, чем более разнообразны предметы, к которым она относится, и чем более широк диапазон ее применения. Именно по этой причине классическая термодинамика производит на меня глубокое впечатление. Это единственная физическая теория универсального характера, которая, по моему убеждению, с точки зрения применимости ее основных положений никогда не будет опровергнута [4].

Несмотря на то что трансформация энергии во всех ее проявлениях составляет фундамент всех видов экономической деятельности, мало кто из экономистов изучал термодинамику. И лишь единицы профессионалов пытались взглянуть на экономическую теорию и практику с точки зрения законов термодинамики.

Впервые попытку ввести законы термодинамики в экономическую теорию сделал лауреат Нобелевской премии химик Фредерик Содди в 1911 г. в своей книге «Материя и энергия» (Matter and Energy). Содди напомнил своим друзьям-экономистам, что законы термодинамики «определяют в последней инстанции взлеты и падения политических систем, свободу и зависимость государств, развитие коммерции и промышленности, причины богатства и нищеты, а также общее физическое благополучие человечества» [5].

Первым экономистом, бросившим прямой вызов своим коллегам, был Николас Джорджеску-Реген, профессор Университета Вандербилта. Его выдающаяся книга «Закон энтропии и экономический процесс» (The Entropy Law and the Economic Process) вызвала небольшое брожение в умах в момент ее выхода в свет в 1971 г., но была быстро отвергнута большинством коллег. Герман Дэйли, ученик Джорджеску-Регена, позднее экономист Всемирного банка, а в настоящее время профессор Мэрилендского университета, развил идеи магистерской диссертации Джорджеску-Регена в книге «К экономике устойчивого состояния» (Toward a Steady State Economy), вышедшей в 1973 г. Его книга открыла дискуссию на стыке экономики и экологии и ввела экологические аспекты в экономическое мышление. Не менее важно и то, что она заложила фундамент для дальнейшего разговора о применении допущений об экологической устойчивости в сфере экономики.

В 1980 г. я опубликовал книгу «Энтропия» с послесловием Джорджеску-Регена в надежде вывести разговор за пределы экономики и охватить все разнообразие человеческого опыта. В книге история пересматривается с точки зрения термодинамики с акцентом на последствиях возрастания энтропии в результате развития нашей цивилизации. «Энтропия» была одной из первых книг, где детально рассматривался вклад промышленной революции в изменение климата.

Если взглянуть на вековую историю попыток пересмотреть экономическую теорию с точки зрения термодинамики, то видишь лишь одно — абсолютную непроницаемость этой области для переосмысления научной основы фундаментальных допущений. Даже в последние годы, когда школы бизнеса по всему миру бросились наперегонки вводить в программы экологические аспекты и вопросы устойчивости и стали уделять больше внимания энергетическим проблемам и изменению климата, все это стараются преподнести под соусом классической и неоклассической экономической теории, чьи допущения никак не вяжутся с законами термодинамики.

Пока на экономической теории лежит длинная тень Ньютона, вряд ли стоит надеяться на то, что экономика как дисциплина сможет примириться с той ересью, которая угрожает всем ее фундаментальным допущениям. Историк экономики Рей Кентербери отмечает, что число приверженцев Адама Смита все больше сокращается, поскольку он въехал в историю на плечах великого сэра Исаака Ньютона. Он пишет: «Время от времени то одна, то другая группка экономистов начинает считать, что традиционная экономика созрела для революции, но для ее реализации революционеры должны идти на баррикады против гения Исаака Ньютона, а также против Адама Смита и длинной череды его последователей» [6]. Сейчас, однако, впервые за все время многочисленные трещины в теоретическом фундаменте дисциплины угрожают разрушить доктрину классической экономической теории.