Главная | Обратная связь

Примеры использования приемов моделирования в научной и образовательной деятельности

v Основоположником нового метода прогнозирования – глобального логико-математического моделирования с имитацией процессов на ЭВМ – является американский ученый, профессор школы управления Массачусетского Технологического института Джей Форрестер, специалист в области теории управления сложными системами, который в начале 70-х годов публикует работу «Мировая динамика».

Научная заслуга Дж. Форрестера состоит в том, что он первый, используя математические методы и ЭВМ, предложил специальный вариант модели экономического развития общества, в котором учитываются ряд факторов. Эта модель позволила оценить их влияние на особенности и темпы экономического роста. Несмотря на ограниченность модели Форрестера (он сам называл ее учебной), ее значение в экологических исследованиях огромно: она продемонстрировала возможность объединения в модели производственных, социальных и экологических процессов. Глобальная экология получила нужный ей формализованный метод исследования. «Работы Дж. Форрестера внесли существенный вклад в создание научного направления, чрезвычайно важного для всего человечества», – отмечал академик Н.Н. Моисеев.

Модель Дж. Форрестера учитывает пять факторов: - население; - капиталовложения (фонды); - природные ресурсы; - часть фондов, вкладываемых в сельское хозяйство (качество жизни); - уровень загрязнения. В этой модели учитываются темпы роста населения, определяемые рождаемостью и смертностью; темпы капиталовложений, зависимые от темпов фондообразования и износа фондов; темпы потребления природных ресурсов; темпы загрязнения. Модель отличается высоким уровнем абстракции; ее характеризуют всего лишь пять переменных, что позволяет обходиться без громоздких исходных данных. Недостатки модели отмечает и сам Форрестер: «Многие важные переменные опущены».

Рассматривая свою модель как предварительную попытку моделирования глобальных систем, автор на основе проведенных модельных экспериментов приходит к следующим выводам:

1. При сохранении современных социальных, демографических и других механизмов, действующих в обществе, с середины следующего (XXI) века начнется его деградация: сократится промышленное производство, снизится уровень жизни, уменьшится рождаемость и увеличится смертность, в итоге резко и значительно сократится количество населения.

2. Критическая ситуация подкрадывается незаметно, поэтому нужны хорошо организованные прогнозы, полученные на основе сложных математических моделей, позволяющие искать пути развития.

v В 1943 году немецкий социолог О. Флехтхейм ввел в науку понятие футурологии как научного направления, исследующего будущее человечества. В 1968 г. по инициативе видного общественного деятеля, итальянского экономиста, впоследствие президента, Аурелио Печчеи был создан так называемый Римский клуб, куда вошли люди, обеспокоенные тенденциями развития мирового сообщества. В настоящее время Римский клуб объединяет свыше ста известных ученых, бизнесменов, политических и общественных деятелей из разных стран мира.

А. Печчеи так поставил основную задачу, которую должен решать Римский клуб: «Нашей целью была высадка десанта, призванного пробить брешь в той цитадели самодовольства, где имело глупость окопаться общество».

Эту задачу блестяще выполнила группа ученых под руководством Денниса Медоуза (соавторы: Д. Медоуз, И. Рандерс, Ш.У. Беренс), который представил полученные результаты в 1972 г. в форме первого доклада Римскому клубу под названием «Пределы роста».

А. Печчеи в свое время подчеркивал, что «ни один здравомыслящий человек больше не верит, что старая добрая матушка Земля может выдержать любые темпы роста, удовлетворить любые человеческие капризы. Всем уже ясно, что пределы есть, но каковы они и где именно находятся – это предстоит еще выяснить». Выяснению этих пределов и был посвящен первый доклад Римскому клубу.

В качестве основных параметров развития биосферы в модели были выбраны:

- загрязнение окружающей среды;

- использование невозобновимых ресурсов;

- капиталовложения;

- рост народонаселения;

- обеспеченность населения продовольствием.

Основные выводы, к которым пришли ученые, были неутешительны: для стабильного развития человечества в рамках биосферы необходимо: - «замораживание» производства; - сохранение его роста на «нулевом уровне»; - стабилизация быстро увеличивающуюся численность населения с помощью соответствующей социальной политики.

В работе авторского коллектива под руководством Д. Медоуза «За пределами роста» (1992 г.) приводится «формула глобального развития» (авторы: эколог П. Эрлих и физик Дж. Холдрен), имеющая очень важный мировоззренческий смысл:

I = Pх Aх T , где

I - нагрузка на окружающую среду;

P - население;

A - благосостояние;

T - технология (размер ущерба от внедрения данной технологии).

Первый и второй члены этой формулы понятны без объяснений, тогда как благосостояние измеряется потреблением на душу населения, а технология – ущербом, производимым той или иной технологией на единицу продукции. В этой формуле, подчеркивает Д. Медоуз, одинаково важен каждый компонент, каждая часть сообщества может внести свой вклад в улучшение экологической обстановки: Юг, главным образом, снижением рождаемости (Р), Запад – разумным снижением потребления (А), Восток – технологическими улучшениями (Т).

Идеальную картину будущего мира дает один из экономистов Массачусетского технологического института Лейстер Туроу: «Если все население Земли будет обладать производительностью труда Швейцарии, стандартом потребления в Китае, социальным выравниванием Швеции и дисциплиной Японии, то планета сможет выдержать во много раз большее население, чем сегодня». Правда, он тут же добавляет, что «если производительность будет такой же, как в Чаде, а стандарты потребления, как в США, социальное и классовое сознание, как в Индии и общественная дисциплина, как в Аргентине, трудно будет выдержать и при современной численности населения».

v Использование математических моделей при исследовании экологических проблем базируется на историческом подходе Т. Куна, основанном на понятии «парадигма».

Под парадигмами понимаются общепризнанные научные достижения, которые в течение определенного времени дают научному сообществу модели постановки проблем и их решений. В настоящее время в математической биологии (экологии) выделяются три парадигмы:

1. Функциональная, методологической основой которой является тезис о том, что практически вся информация о моделируемой системе заключена в экспериментальных данных и исследователю остается только умело ее извлечь.

2. Эскизная, в основе которой учитывается небольшое число переменных и параметров, характеризующих живую систему. Наиболее широко в эскизной парадигме применяют аппарат дифференциальных и других уравнений, а также аппарат теории вероятностей.

3. Имитационная, котораястала возможной при использовании в биологии и экологии нового инструмента системного подхода – имитационного моделирования сложных систем. В модели учитывается огромное число переменных и параметров живой системы, имитируется множество явлений совершенно различной физической природы.