Смил - Энергия и цивилизация

«Энергия и цивилизация» Вацлава Смила принадлежит к тому редкому типу исследований, которые пытаются предложить единый аналитический язык для описания огромного исторического периода, не превращая при этом историю в действие единственной причины. Этим языком у Смила становится энергия. В самом начале автор формулирует тезис предельно широко: «Энергия — единственная универсальная валюта, без ее трансформации в какой-либо форме невозможны никакие свершения». Подобная фраза могла бы стать основанием жесткого энергетического детерминизма, в котором культуры, государства и технологии оказываются лишь функциями доступных джоулей. Но дальнейшее содержание книги систематически сопротивляется именно такому прочтению. Энергия для Смила фундаментальна, потому что никакая материальная деятельность невозможна без ее преобразования; однако ее наличие не сообщает обществу, что именно делать с имеющимися возможностями.

Текст 2017 года, лежащий в основе русского издания, является фактически новой книгой по отношению к более ранней «Энергии в мировой истории» 1994 года. Сам Смил объясняет, что простого обновления прежней работы оказалось недостаточно: объем текста существенно увеличился, выросло количество иллюстраций и библиографических ссылок, появились новые расчеты и более детальные объяснения. Это обстоятельство важно для понимания жанра книги. Перед читателем не популярная хроника технических изобретений, а крупный синтетический труд на пересечении истории, энергетики, экономики, экологии, аграрной истории и истории техники.

Метод Смила основан на количественной реконструкции материальных возможностей обществ. Историк обычно говорит о государствах, институтах и идеях; Смил постоянно задает другой ряд вопросов. Сколько полезной работы способен совершить человек? Какова мощность лошади? Сколько земли нужно городу, отапливаемому древесиной? Какова энергоотдача земледелия? Насколько эффективно печь превращает химическую энергию топлива в тепло? Сколько энергии заключено в килограмме зерна, нефти или древесного угля? Что меняется, когда вместо мускульной силы появляются паровая машина, двигатель внутреннего сгорания и электромотор?

Такой подход заставляет автора начать не с государств и цивилизаций, а с физики. Первая глава вводит различие между запасами и потоками энергии, понятия мощности, энергетической плотности, плотности мощности, эффективности преобразования, энергоемкости и энергетической отдачи. Первые два закона термодинамики превращаются здесь в исторически значимые принципы. Энергия сохраняется, но ее способность выполнять полезную работу уменьшается при каждом преобразовании. Поэтому недостаточно знать номинальное количество энергии: важно учитывать ее качество, доступность и возможности преобразования.

Характерным примером служит древесина. Ее химическая энергия сама по себе ничего не говорит о практической полезности. Необходимо дерево найти, срубить, высушить, доставить, а затем с определенной эффективностью сжечь. Плотность мощности растительной биомассы невелика, и потому крупный доиндустриальный город должен был контролировать топливную территорию, многократно превышающую собственную площадь. То же относится к пище, углю и нефти: энергия физически эквивалентна в джоулях, но исторически разные формы энергии неравноценны.

Введение этих различий позволяет Смилу избежать одного из главных недостатков энергетического редукционизма. Он прямо предупреждает, что сведение всего к общей энергетической единице способно скрывать качественные различия. Семена пшеницы и солома могут содержать сходное количество тепловой энергии, но человеческий организм не способен одинаково использовать их. Нефть обладает преимуществами не только потому, что ее энергетическая плотность высока, но и потому, что она жидкая, транспортабельная и исключительно удобна для мобильных двигателей.

Эта методологическая осторожность завершается важной программной формулировкой. Смил обещает использовать значения плотности энергии, мощности и КПД, «но при этом не стану игнорировать многие качественные моменты, относящиеся к использованию различных видов энергии». Именно сочетание измерения и исторической конкретности становится стержнем всей книги.

Вторая глава переносит анализ в доисторическую эпоху. Энергетическая история человека начинается с организма. Прямохождение, изменение рациона, увеличение мозга, овладение орудиями и огнем рассматриваются как элементы нового способа приобретения и использования энергии. Человек принципиально отличается от других организмов не отказом от биологической энергетики — его тело остается зависимым от пищи, — а способностью постепенно подключать экстрасоматические источники энергии, то есть использовать потоки за пределами собственного организма.

Прямохождение освобождает руки, использование орудий повышает эффективность добывания пищи, а огонь радикально расширяет пищевую базу и территорию обитания. Приготовление пищи делает доступными новые продукты, уменьшает энергетические затраты пищеварения и способствует изменениям человеческого тела и поведения. Но Смил избегает превращения отдельного новшества в единственную причину человеческой эволюции. Даже реконструкция палеолитического рациона остается проблематичной из-за характера археологических данных.

Особенно показателен анализ охотников-собирателей. Автор спорит с идеализированным образом «первоначально изобильного общества», якобы тратившего несколько часов в день на обеспечение себя пищей и жившего в условиях своеобразного естественного достатка. Энергетический баланс охоты и собирательства чрезвычайно зависит от среды. Сбор некоторых корней может давать огромную отдачу на единицу затраченной энергии, тогда как охота на мелких животных в тропическом лесу способна оказаться энергетически убыточной.

Еще важнее другое: люди не всегда выбирают энергетически оптимальное поведение. Пищевые табу, вкус, социальный престиж и отношение к труду способны изменить стратегию добывания пищи даже при одинаковых ресурсах. Здесь уже возникает тема, которая будет принципиальна в финале: энергия задает пространство возможностей, но человеческое поведение не выводится из него автоматически.

Переход к земледелию рассматривается не как простое повышение энергетической эффективности. Раннее сельское хозяйство нередко требовало больше труда и могло иметь меньшую полезную энергоотдачу, чем охота и собирательство. Его преимущество состояло прежде всего в возможности обеспечить более устойчивый поток пищи с единицы площади и поддерживать значительно большую плотность населения. Оседлость облегчала накопление имущества, рост семьи, организацию коллективной защиты и усложнение социальных структур.

Третья глава развивает эту линию на огромном материале традиционного земледелия. Основой аграрных цивилизаций оставался контролируемый человеком фотосинтез. Земледелец не создавал энергию, а изменял распределение солнечного потока, заставляя экосистему производить максимальную долю биомассы в формах, пригодных для человека и домашних животных.

Господство зерновых объясняется именно энергетическими и хозяйственными характеристиками. Зерно сочетает сравнительно высокую плотность энергии, возможность длительного хранения и удобство транспортировки. Это позволяло содержать города, армию и государственный аппарат. Но для устойчивого производства необходимо было решать проблему плодородия. Севооборот, бобовые, навоз и орошение становятся не второстепенными агротехническими деталями, а ключевыми механизмами перераспределения энергии и питательных веществ.

Тягловые животные образуют важнейший энергетический переход внутри аграрной эпохи. Лошадь, бык, буйвол или осел значительно увеличивают силу, доступную хозяйству, позволяют обрабатывать тяжелые почвы, транспортировать урожай и приводить в движение машины. При этом животное само требует земли и пищи. Эта двойственность постоянно присутствует в анализе Смила: увеличение мощности никогда не бывает бесплатным.

Интенсификация традиционного сельского хозяйства поэтому представляет собой сложный цикл. Больше животных означает больше тяговой силы и навоза; лучшее удобрение повышает урожайность; дополнительный урожай позволяет содержать больше животных; орошение и улучшенные севообороты дополнительно расширяют производство. Но каждый следующий шаг требует дополнительных вложений труда, инфраструктуры и ресурсов.

Сравнение Египта, Китая, Мезоамерики, Европы и Северной Америки позволяет увидеть разнообразие способов организации примерно одной и той же биофизической основы. Где-то главную роль играла ирригация, где-то — интенсивная переработка органических отходов, где-то — сочетание животной тяги с севооборотом. Смил особенно подчеркивает выдающуюся интенсивность китайского земледелия, которое умело поддерживать высокую плотность населения на ограниченной площади.

Однако традиционное земледелие имело жесткий потолок. К XIX веку наиболее продуктивные аграрные регионы приблизились к пределам, задаваемым солнечным потоком, количеством органических питательных веществ и мощностью людей и животных. Урожайность еще могла медленно расти, но система не позволяла совершить резкий скачок. Для этого требовалось подключение энергии, накопленной вне текущего биологического цикла.

Четвертая глава расширяет анализ до всей доиндустриальной экономики. Ее исходная проблема состоит в том, как сложные общества могли создавать большие города, монументальную архитектуру, развитую металлургию, дальнюю торговлю и армии, располагая всего несколькими типами первичных движителей: человеческими и животными мышцами, водой и ветром.

Одушевленная мощность тысячелетиями оставалась главным источником механической работы. Ее ограничения были фундаментальны. Человек может кратковременно развивать значительную мощность, но долго поддерживаемая полезная работа невелика. У животных показатели выше, но появляются затраты на корм и содержание. Чтобы выполнять крупные задачи, древние общества либо концентрировали труд множества людей, либо применяли рычаги, блоки, вороты и другие механические устройства.

Водяные и ветряные машины позволяли получать намного более продолжительную работу без кормления движителя. Водяная мельница стала одной из важнейших доиндустриальных технологий. Однако и здесь существовало ограничение местоположения: энергия была доступна там, где имелись подходящие водные потоки или устойчивые ветры. Такая энергия плохо перемещалась вслед за производством.

Древесина и древесный уголь составляли фундамент тепловой энергетики. Без них невозможно понять приготовление пищи, обогрев, производство стекла, керамики, кирпича и металла. Особенно важна металлургия. Получение железа требует высоких температур и концентрированного топлива; поэтому развитие производства металлов постоянно сталкивалось с ограниченностью лесных ресурсов.

Разделы о транспорте демонстрируют, насколько радикально энергия формирует пространство цивилизации. Сухопутная перевозка была чрезвычайно дорогой, поскольку тягловое животное потребляло часть перевозимой энергии в форме корма. Вода значительно снижала стоимость транспортировки. Поэтому доиндустриальные экономики тяготели к рекам и морским путям, а крупные города зависели от возможности доставлять продовольствие и топливо водным транспортом.

Смил убедительно показывает, что доиндустриальная история вовсе не была технологически неподвижной. Улучшались упряжь, корабли, мельницы, металлургические процессы и строительные методы. Но энергетическая база менялась очень медленно. В этом различие между многочисленными усовершенствованиями традиционного мира и индустриальным переломом.

Пятая глава посвящена этому перелому. «Великий переход» заключается одновременно в смене топлива и первичных двигателей: древесина уступает место каменному углю, затем нефти и природному газу; мускульная, водяная и ветровая механика — паровой машине, двигателю внутреннего сгорания, турбине и электромотору.

Важно, что переход не начинается в один момент. Уголь использовался задолго до индустриальной революции. Китай применял его еще в древности; в Британии уголь добывали в Средние века. Но наличие ресурса само по себе не вызывает революцию. Необходим комплекс технологий, инфраструктуры, рынков и институтов, позволяющих добывать, транспортировать и эффективно преобразовывать энергию.

Переход к коксу в металлургии снимает зависимость от древесного угля и позволяет резко увеличить производство железа. Паровая машина превращает химическую энергию топлива в механическую работу и, что особенно важно, освобождает производство от географической зависимости от потоков воды. Нефть вместе с двигателем внутреннего сгорания создает мобильный источник высокой мощности. Электричество, в свою очередь, становится наиболее гибким энергетическим носителем: оно легко передается по сети и может превращаться в движение, тепло, свет и информационные сигналы.

Смил обращает внимание на масштабы перемен XIX века. «В 1800 году обитатели Парижа, Нью-Йорка или Токио жили в мире, чьи энергетические основы почти не отличались не только от мира 1700 года, но и от мира 1300-го». К 1900 году положение было совершенно иным. Это одна из сильнейших исторических интуиций книги: техническая модерность отличается не просто появлением отдельных машин, а качественной перестройкой всей энергетической инфраструктуры общества.

Одновременно автор разрушает иллюзию мгновенных энергетических революций. Распространение нового топлива или первичного двигателя почти всегда занимает десятилетия, а нередко несколько поколений. Старые и новые системы долго сосуществуют. Поэтому ожидания быстрого вытеснения ископаемого топлива возобновляемыми источниками Смил рассматривает скептически не из принципиального неприятия новых технологий, а исходя из исторической инерционности инфраструктурных систем.

Шестая глава представляет кульминацию книги — анализ цивилизации ископаемого топлива. Различие с прежними обществами автор формулирует радикально. Традиционные цивилизации использовали преимущественно недавно преобразованные солнечные потоки; современная цивилизация извлекает древние энергетические запасы, создававшиеся геологическими процессами в течение миллионов лет.

Результатом стал невиданный рост доступной полезной энергии. Причем значение имел не только рост добычи. Одновременно постоянно повышалась эффективность преобразования. Смил показывает, что в течение XX века мировое потребление ископаемой энергии выросло примерно в четырнадцать раз, тогда как доступная полезная энергия увеличилась значительно сильнее благодаря лучшим двигателям, турбинам, печам и электрическим системам.

История сельского хозяйства после индустриализации особенно хорошо демонстрирует смысл этой трансформации. Современная ферма больше не является системой, питаемой только современным солнечным потоком. Тракторы работают на жидком топливе; производство азотных удобрений зависит от природного газа; пестициды, ирригация, машины, переработка и транспортировка требуют значительных энергетических затрат. Земледелие резко увеличивает урожайность и производительность труда, но одновременно встраивается в промышленную энергетическую систему.

Индустриализация означает прежде всего концентрацию мощности и возможность использовать ее непрерывно. Машина не устает подобно человеку или лошади и не требует пастбища. Автоматизированное производство позволяет одному работнику контролировать процессы, энергетическая мощность которых в тысячи раз превосходит его собственные физиологические возможности.

Транспорт меняется столь же радикально. Железные дороги, автомобили, океанские суда и авиация сокращают время и стоимость перемещения людей и товаров. То, что для доиндустриального человека являлось путешествием продолжительностью в недели или месяцы, превращается в несколько часов. Возникает глобальная система производства, в которой сырье, продукты и готовые товары регулярно перемещаются между континентами.

Информационная революция кажется на первый взгляд дематериализованной, но Смил показывает ее зависимость от энергетической инфраструктуры. Электронные устройства, вычислительные центры, сети связи и производство их компонентов не существуют вне материальных потоков. Информация позволяет эффективнее управлять энергией, однако сама технологическая система требует энергии.

Анализ связи между энергией и экономическим ростом представляет особый интерес. Доиндустриальные экономики росли чрезвычайно медленно. Использование ископаемого топлива совпало с беспрецедентным ускорением производства. Однако Смил не утверждает, что рост ВВП прямо и механически вызывается ростом энергопотребления. По мере развития экономики ее энергетическая интенсивность может снижаться, а одинаковые объемы энергии могут давать различные экономические результаты.

Еще важнее раздел о качестве жизни. На низком уровне энергопотребления связь очевидна: недостаток энергии означает плохое питание, тяжелый физический труд, отсутствие санитарии, транспорта, отопления и современной медицины. Но после достижения определенного уровня дополнительное потребление дает быстро уменьшающуюся социальную отдачу. Страны с очень разным потреблением энергии могут иметь близкую продолжительность жизни и индекс человеческого развития.

Отсюда следует один из важнейших нормативных выводов книги: высокий уровень энергетического потребления нельзя автоматически отождествлять с высоким качеством цивилизации. Энергия необходима для удовлетворения материальных потребностей, но не гарантирует свободу, политическую стабильность, справедливость или счастье.

Смил столь же тщательно рассматривает отрицательную сторону высокоэнергетической цивилизации. Индустриальное производство и транспорт радикально изменили окружающую среду. Ископаемое топливо выбрасывает парниковые газы и загрязнители, добыча ресурсов трансформирует ландшафты, массовое сельское хозяйство изменяет циклы азота и фосфора, а урбанизация концентрирует материальные и энергетические потоки.

Военная история иллюстрирует другой аспект концентрации мощности. Ископаемое топливо позволило создавать моторизованные армии, авиацию, флоты и промышленные системы массового производства вооружений. Ядерная энергия довела способность человека к разрушению до уровня, при котором война способна повредить саму глобальную цивилизацию.

Поэтому оценка современности у Смила принципиально двойственна. Энергетический прорыв освободил огромную часть человечества от постоянного тяжелого труда, повысил урожайность, увеличил продолжительность жизни и сделал возможным материальное изобилие. Но те же процессы оказались экологически разрушительными и создали новые системные риски. Автор характеризует современную цивилизацию как одновременно «освобождающую и конструктивную», но также «разрушающую и во многих отношениях саморазрушительную».

Седьмая глава собирает аргументацию книги в философию истории. Смил говорит об энергетических эпохах и переходах, но сознательно избегает жесткой периодизации. Переходы перекрываются, распространяются с разной скоростью и принимают различные региональные формы. Китай конца XX века способен за одно поколение пройти путь, который ранним индустриальным странам потребовал нескольких поколений, но даже столь быстрое развитие невозможно понять вне длительно создававшейся технологической системы.

Главный интеллектуальный вопрос финала — насколько далеко вообще допустимо энергетическое объяснение истории. Ответ Смила чрезвычайно важен. Энергия формирует физическое поле возможностей, но не определяет конкретное содержание цивилизации. Он пишет: «Количество энергии в распоряжении общества накладывает очевидные пределы на размах его действий, но мало что может сказать по поводу базовых экономических достижений общества или его нравственного облика».

Это принципиальное ограничение метода. Античная Греция при крайне низком энергетическом потреблении создала философию, политические понятия и искусство, сохраняющие значение тысячелетиями. Возрождение во Флоренции невозможно объяснить количеством сожженной древесины. Уровень энергопотребления не объясняет появление демократии или диктатуры и не позволяет предсказать концентрацию художественного гения.

Смил поэтому прямо возражает против тезиса, будто каждое усовершенствование энергетических потоков автоматически вызывает культурный прогресс. Его метафора, заимствованная у Георгеску-Рёгена, особенно удачна: геометрия определяет возможную длину диагонали квадрата, но ничего не говорит о том, почему квадрат зеленый. Аналогично энергетические ограничения определяют материальное пространство деятельности общества, но не объясняют, почему внутри этого пространства возникает конкретная культура.

Такой вывод значительно усиливает книгу. Без него огромный массив расчетов мог бы превратиться в еще одну монистическую теорию истории. Вместо этого Смил предлагает умеренный материализм: идеи, культура и человеческий выбор реальны, но действуют в физических системах, имеющих энергетические ограничения.

Финальные страницы обращены к будущему. Современная система, основанная на ископаемом топливе, исторически конечна. Смил формулирует это максимально ясно: «Современная энергетическая система является самоограниченной». Причина не сводится к неизбежному физическому исчерпанию всех запасов. Значительная часть ископаемого топлива, вероятно, должна будет остаться неиспользованной, если человечество намерено избежать разрушительных климатических последствий.

Переход к возобновляемой энергетике возможен в физическом отношении: доступные потоки солнечной и ветровой энергии огромны. Но техническая возможность не означает легкости преобразования глобальной системы. Нужно заменить не только электрогенерацию, но и транспорт, тепло, промышленное производство, сырье для химической промышленности, удобрения, пластики, металлургический кокс и множество других элементов современной материальной экономики.

Поэтому Смил критически относится и к катастрофизму, и к технооптимизму. Первый недооценивает адаптивность и изобретательность человечества, второй — масштаб материальной инфраструктуры и историческую медленность энергетических переходов. Он подчеркивает, что даже энергичная перестройка может занять несколько поколений.

Это одна из сильнейших сторон книги: автор постоянно сопротивляется привлекательным, но слишком простым ответам. Ископаемое топливо не является абсолютным злом, потому что оно обеспечило огромный прогресс качества жизни; возобновляемая энергия не является магическим решением, потому что ее интеграция требует колоссальной инфраструктуры; эффективность полезна, но может стимулировать дополнительное потребление — парадокс Джевонса; высокий уровень энергии необходим для выхода из крайней бедности, но после определенного порога не гарантирует счастья и социальной успешности.

Конструктивная критика труда прежде всего связана с самим масштабом проекта. Попытка охватить миллионы лет эволюции человека, аграрные цивилизации, промышленную революцию, мировые войны, современную экономику и энергетическое будущее неизбежно приводит к различной глубине анализа. Отдельные цивилизации появляются главным образом как иллюстрации общих энергетических паттернов, а не как предмет самостоятельного исторического исследования. Особенно заметна сравнительно слабая разработка религиозных, правовых и институциональных процессов по сравнению с инженерной и количественной историей.

Вторая методологическая граница заложена в источниках и статистике. Чем дальше исследование уходит в прошлое, тем более приблизительными становятся расчеты. Сам автор регулярно указывает на диапазоны, допущения и невозможность точной реконструкции. Это достоинство его исследовательской честности, но одновременно напоминание: многие численные оценки доиндустриального энергопотребления являются моделями, а не непосредственно измеренными величинами.

Кроме того, эмпирическая база книги преимущественно доведена примерно до середины 2010-х годов. Для истории это не проблема, однако разделы о современном энергетическом переходе следует читать как анализ ситуации времени написания, а не как описание нынешнего состояния технологий и энергетики. Особенно быстро после публикации менялись масштабы солнечной и ветровой генерации, накопителей и электрификации транспорта. Это не опровергает историческую аргументацию Смила о медленности системных переходов, но требует отделять долговременные тезисы от конкретных статистических показателей.

Сильнейшая сторона исследования — дисциплина количественного мышления. Автор заставляет читателя постоянно спрашивать не только возможно ли нечто технически, но и в каком масштабе, какой мощности, с какой эффективностью, какой плотностью энергии, какой инфраструктурой и за какое время. Именно этой привычки часто не хватает общественным дискуссиям об энергетике.

Вторая сила книги заключается в ее антидетерминизме. Смил мог бы легко превратить энергетическую историю в тотальное объяснение цивилизации, но сознательно проводит границу собственного метода. Финальные главы фактически являются критикой чрезмерного применения энергетического подхода, предложенного самим автором.

Третья — историческая перспектива. После знакомства с книгой современное энергетическое изобилие перестает казаться естественным состоянием. Почти вся человеческая история прошла в мире, где механическая мощность измерялась мышцами людей и животных, а тепловая энергия — количеством собранной древесины. Переход к углю, нефти, электричеству и двигателям произошел совсем недавно и создал аномально мощную цивилизацию, существование которой зависит от инфраструктуры невероятного масштаба.

Для историка книга полезна как коррекция истории, написанной исключительно через институты и идеи. Для экономиста — как напоминание о физическом основании производства. Для эколога — как историческая генеалогия современного давления на биосферу. Для специалиста по технике — как описание того, почему отдельное изобретение ничего не меняет без систем его производства, распространения и контроля. Для широкого читателя это одна из наиболее обстоятельных попыток объяснить, каким образом материальная мощность цивилизации выросла от нескольких десятков ватт человеческого труда до машин, сетей и промышленных комплексов, оперирующих гигаваттами.

Итоговая позиция Смила далека и от технологического фатализма, и от культурного идеализма. История невозможна без энергетической основы, но не выводится из нее. Материальные ограничения реальны; человеческие решения тоже реальны. Именно напряжение между этими двумя уровнями и составляет интеллектуальный центр книги.

Финальный вывод поэтому имеет не столько технический, сколько цивилизационный характер. Высокоэнергетическое общество не может бесконечно воспроизводить модель непрерывного увеличения материальных потоков. Но будущее не предопределено ни законами энергетики, ни технологиями. Смил оставляет вопрос открытым: сможет ли человечество перейти от максимизации энергетических потоков к их рациональному использованию, сохранив преимущества современной цивилизации и уменьшив ее экологическую нагрузку. В этом смысле «Энергия и цивилизация» — одновременно история человеческой способности овладевать энергией и исследование границ той модели прогресса, которую эта способность породила.