שינויים

{{הרמן דיילי:כלכלה אקולוגית}}

{{הרמן דיילי:כלכלה אקולוגית}}

ה[[כלכלה אקולוגית|כלכלה האקולוגית]] אמורה להראות לנו מתי התועלת מהצמיחה המתמדת משתווה לנזק. כדי לדעת זאת, על הכלכלנים האקולוגיים להבין את יחסי הגומלין בין הכלכלה לאקו-סיסטם וכן לפתח כלי מדיניות לשמור על הכלכלה במסגרת המקיימת.

ה'''[[כלכלה אקולוגית|כלכלה האקולוגית]]''' אמורה להראות לנו מתי [[תועלת|התועלת]] מ[[צמיחה כלכלית|הצמיחה המתמדת]] משתווה לנזק. כדי לדעת זאת, על הכלכלנים האקולוגיים להבין את יחסי הגומלין בין ה[[כלכלה]] ל[[אקו-סיסטם]] וכן לפתח כלי מדיניות לשמור על [[כלכלה בת קיימה|הכלכלה במסגרת המקיימת]].

הכלי שבו משתמשים הכלכלים לבצע אופטימיזציה הוא השוק, אך '''השוק לא יכול לפעול על טובין שאינם בבעלות בלעדית של מישהו'''. לכן, כלכלנים אקולוגיים חייבים לפתח מנגנונים אלטרנטיביים, ולשם כך עליהם קודם כל להבין היטב את התכונות של הטובין והשירותים שאותם יש לחלק (כזכור, זהו טיבה של הכלכלה).

הכלי שבו משתמשים הכלכלים לבצע אופטימיזציה הוא ה[[שוק]], אך '''השוק לא יכול לפעול על טובין שאינם בבעלות בלעדית של מישהו'''. לכן, כלכלנים אקולוגיים חייבים לפתח מנגנונים אלטרנטיביים, ולשם כך עליהם קודם כל להבין היטב את התכונות של הטובין והשירותים שאותם יש לחלק (כזכור, זהו טיבה של ה[[כלכלה]]).

==פלנטה סופית==

==פלנטה סופית==

בכדור הארץ כמות סופית של מים, אדמה, מינרלים ודלקים מחצביים. אמנם אנרגיה אנו מקבלים מהשמש באופן רציף, אך קצב הגעת האנרגיה גם הוא סופי. גם אנרגיה זו אנו יכולים לנצל רק אחרי שהיא הוטמעה (כמעט רק...) בתהליך פוטוסינתיזה.

ב[[כדור הארץ]] כמות סופית של [[מים]], [[שטחי אדמה]], [[מינרלים]] ו[[דלקים מחצביים]]. אמנם [[אנרגיה]] אנו מקבלים מהשמש באופן רציף, אך [[קצב]] הגעת האנרגיה גם הוא סופי. גם אנרגיה זו אנו יכולים לנצל רק אחרי שהיא [[הוטמעה]] (כמעט רק...) בתהליך פוטוסינתיזה.

אך אל מול הסופיות הזו של המשאבים, צמיחה מתמדת היא המטרה של רוב הכלכלנים והמדינאים. כלכלנים רבים אף טוענים שצמיחה היא '''תנאי''' לשמירה על הסביבה: רק עשירים ושבעים יכולים להרשות לעצמם לדאוג לסביבה. כהוכחה הם מביאים את השיפור בפרמטרים סביבתיים בארה"ב ואירופה בעשורים האחרונים (שיפור שבחלקו נובע מייצוא תעשיות מזהמות או פסולת מזוהמת אל העולם השלישי, אשר מזדהם משירותים ומוצרים אשר נצרכים בעולם הראשון) - ראו [[עקומת קוזנץ הסביבתית]].

אך אל מול הסופיות הזו של המשאבים, צמיחה מתמדת היא המטרה של רוב הכלכלנים והמדינאים. כלכלנים רבים אף טוענים שצמיחה היא '''תנאי''' ל[[סביבתנות|שמירה על הסביבה]]: רק עשירים ושבעים יכולים להרשות לעצמם לדאוג לסביבה. כהוכחה הם מביאים את השיפור בפרמטרים סביבתיים בארה"ב ואירופה בעשורים האחרונים. אך שיפור זה נובע בחלקו מייצוא [[זיהום תעשייתי|תעשיות מזהמות]] או פסולת מזוהמת אל העולם השלישי, אשר מזדהם משירותים ומוצרים אשר נצרכים בעולם הראשון) - ראו [[עקומת קוזנץ הסביבתית]].

המשאבים הסופיים של הפלנטה לא מאפשרים צמיחה לאין קץ – למשל גידול אוכלוסיה של 1% בשנה תביא את מאסת האנושות להיות גדולה ממאסת כדור הארץ תוך 3000 שנה... יש כאלו האומרים שהמדדים הכלכליים לא מודדים בהכרח כמויות פיסיקליות, לכן המגבלות הפיסיקליות לא תופסות על הספרה הכלכלית. אך כיום הצמיחה קשורה באופן הדוק לייצור ושימוש במשאבים – אפילו שירותים דורשים משאבים עבור העובדים מספקי השרות, ובכך מעמיסים את האקו-סיסטם.

[[משאבים מתכלים|המשאבים הסופיים]] של הפלנטה לא מאפשרים צמיחה לאין קץ – למשל [[גידול אוכלוסיה]] של 1% בשנה תביא את מאסת האנושות להיות גדולה ממאסת כדור הארץ תוך 3000 שנה... יש כאלו האומרים שהמדדים הכלכליים לא מודדים בהכרח כמויות פיסיקליות, לכן המגבלות הפיסיקליות לא תופסות על הספרה הכלכלית. אך כיום הצמיחה קשורה באופן הדוק לייצור ושימוש במשאבים – אפילו שירותים דורשים משאבים עבור העובדים מספקי השרות, ובכך מעמיסים את האקו-סיסטם.

אם נשכיל לחבר את הערך הכלכלי לאיזה מושג ('זרם') של שביעות רצון נפשית, ונלמד להגדיל אותה ללא הגדלת הצרכים הפיסיקליים, אז באמת נוכל ליצור צמיחה אינסופית. הבעיה היא שכלכלת השוק הנוכחית לא מסוגלת לטפל בשביעות רצון שאינה קשורה בטובין חומריים...

אם נשכיל לחבר את הערך הכלכלי לאיזה מושג ('זרם') של [[שביעות רצון נפשית]], ונלמד להגדיל אותה ללא הגדלת הצרכים הפיסיקליים, אז באמת נוכל ליצור צמיחה אינסופית. הבעיה היא שכלכלת השוק הנוכחית לא מסוגלת לטפל בשביעות רצון שאינה קשורה בטובין חומריים...

כעת נסקור את התיאוריה המדעית הרלוונטית לחקר הצמיחה במערכת סגורה: התרמודינמיקה.

כעת נסקור את התיאוריה המדעית הרלוונטית לחקר הצמיחה במערכת סגורה: [[תרמודינמיקה|התרמודינמיקה]].

==חוקי התרמודינמיקה==

==חוקי התרמודינמיקה==

בסוף המאה ה-18, עם התפתחות מנועי הקיטור, נחקרו הפרמטרים הנוגעים ליכולת ניצול האנרגיה לביצוע עבודה מכנית.

בסוף המאה ה-18, עם התפתחות מנועי הקיטור, נחקרו הפרמטרים הנוגעים ליכולת ניצול האנרגיה לביצוע עבודה מכנית.

===החוק הראשון של התרמודינמיקה===

===החוק הראשון של התרמודינמיקה===

ראשית נמצא כי אנרגיה לא יכולה להיהרס או להיווצר יש מאין, היא רק יכולה לשנות צורה. שנית נמצא שוויון בין אנרגיה לעבודה. כך נוסח החוק הראשון של התרמודינמיקה:

ראשית נמצא כי אנרגיה לא יכולה להיהרס או להיווצר יש מאין, היא רק יכולה לשנות צורה. שנית נמצא שוויון בין אנרגיה לעבודה. כך נוסח [[החוק הראשון של התרמודינמיקה]]:

                         U = Q – W∆

                         U = Q – W∆

* Q: כמות החום ''שנכנסת'' למערכת (יש לזכור שדובר בזמנו על מנועי קיטור, כמובן שיש לכלול ב-Q את כל אנרגיה שנכנסת למערכת), אם יוצאת מהמערכת אנרגיה, Q יהיה שלילי.

* Q: כמות החום ''שנכנסת'' למערכת (יש לזכור שדובר בזמנו על מנועי קיטור, כמובן שיש לכלול ב-Q את כל אנרגיה שנכנסת למערכת), אם יוצאת מהמערכת אנרגיה, Q יהיה שלילי.

* W: העבודה הנעשית ''על ידי המערכת''. אם מבצעים עבודה על המערכת, W תהיה שלילית (למשל מקרר המשתמש במנוע להפעלת המדחס מקבל עבודה שלילית מהמנוע).

* W: העבודה הנעשית ''על ידי המערכת''. אם מבצעים עבודה על המערכת, W תהיה שלילית (למשל מקרר המשתמש במנוע להפעלת המדחס מקבל עבודה שלילית מהמנוע).

* ∆U: שינוי האנרגיה הפנימית של המערכת (למשל במנוע בעירה פנימית הדלק הנשרף משנה את האנרגיה הפנימית שלו ובכך מאפשר לבצע עבודה).

* ∆U: שינוי האנרגיה הפנימית של המערכת (למשל במנוע בעירה פנימית הדלק הנשרף משנה את האנרגיה הפנימית שלו ובכך מאפשר לבצע עבודה).

במצב פשוט, בו אין שינוי במצב הפנימי של המערכת

במצב פשוט, בו אין שינוי במצב הפנימי של המערכת, מתקיים:

                         Q = W

                         Q = W

דהיינו כמות החום שנכנסת למערכת שווה לעבודה שנעשית על ידי המערכת. ניסוח זה מתיישב עם המשמעות הפיסיקלית של 'אנרגיה' שהיא "היכולת לבצע עבודה".  

דהיינו כמות החום שנכנסת למערכת שווה לעבודה שנעשית על ידי המערכת. ניסוח זה מתיישב עם המשמעות הפיסיקלית של 'אנרגיה' שהיא "היכולת לבצע עבודה".  

אך מה הופתעו החוקרים למצוא שיש גבול ליכולת לנצל אנרגיה לביצוע עבודה.  

אך מה הופתעו החוקרים למצוא שיש גבול ליכולת לנצל אנרגיה לביצוע עבודה.  

היה זה הצרפתי סאדי קרנו שניסה לחשב את היעילות של מנועי קיטור. קרנו ניסח מודל של מכונה אידאלית המשתמשת בחום כדי לבצע עבודה ('מכונת קרנו'). בחישוביו מצא קרנו כי יש מגבלה ליעילות (כמות האנרגיה ההופכת לעבודה מתוך האנרגיה המושקעת) ולעולם לא תהפוך כל האנרגיה המושקעת לעבודה – ואם המכונה האידאלית מוגבלת, ברור שכל מכונה מעשית תספק ביצועים גרועים יותר.

היה זה הצרפתי [[סאדי קרנו]] שניסה לחשב את ה[[יעילות אנרגטית|יעילות]] של מנועי קיטור. קרנו ניסח מודל של מכונה אידאלית המשתמשת בחום כדי לבצע עבודה ('מכונת קרנו'). בחישוביו מצא קרנו כי יש מגבלה ליעילות (כמות האנרגיה ההופכת לעבודה מתוך האנרגיה המושקעת) ולעולם לא תהפוך כל האנרגיה המושקעת לעבודה – ואם המכונה האידאלית מוגבלת, ברור שכל מכונה מעשית תספק ביצועים גרועים יותר.

נמצא כי:

נמצא כי:

# כדי לבצע עבודה יש להשתמש בשני 'מאגרי' חום – חם וקר, כאשר החום (אנרגיה) עובר מהחם לקר.

# כדי לבצע עבודה יש להשתמש בשני 'מאגרי' חום – מאגר חם וומאגר קר, כאשר החום (אנרגיה) עובר באופן ספונטני מהמאגר החם אל המאגר הקר. אך לא להפך.  

# לא ניתן לנצל את כל האנרגיה לביצוע עבודה, חלק מהחום חייב להגיע למאגר הקר.

# לא ניתן לנצל את כל האנרגיה לביצוע עבודה, חלק מהחום חייב להגיע למאגר הקר.

===אנטרופיה===

===אנטרופיה===

'''האנטרופיה היא מידת השינוי בפיזור האנרגיה בתהליך תרמודינמי'''. ככל שהאנטרופיה גבוהה יותר, כך פיזור האנרגיה גדול יותר, כך שקשה יותר לנצל אותה לעבודה. מכאן ש'''האנטרופיה היא מידה של האנרגיה הלא זמינה לביצוע עבודה'''. למשל, בבנזין יש אנרגיה כימית. כשאנו מניעים מנוע חלק מהאנרגיה הופך לעבודה וחלק מתפזר כחום, רעש, רעידות וכד'. ניתן להשתמש בחלק מהאנרגיה הזו (למשל [[קו-גנרציה]] משתמשת בחום כדי לבצע עבודה מועילה כגון ייצור חשמל), אך ככל שהיא יותר מפוזרת כך קשה יותר לנצלה (למשל, לנצל את הרעידות לביצוע עבודה...). התגלית של קרנו הייתה שכמות מסוימת של האנרגיה בלתי אפשרי לנצל. זו אינה בעיה טכנולוגית – גם בתנאים אידיאליים לחלוטין אי אפשר יהיה לנצל את האנרגיה הזו.

'''ה[[אנטרופיה]] היא מידת השינוי בפיזור האנרגיה בתהליך תרמודינמי'''. ככל שהאנטרופיה גבוהה יותר, כך פיזור האנרגיה גדול יותר, כך שקשה יותר לנצל אותה לעבודה. מכאן ש'''האנטרופיה היא מידה של האנרגיה הלא זמינה לביצוע עבודה'''.  

 

למשל, בבנזין יש אנרגיה כימית. כשאנו מניעים מנוע חלק מהאנרגיה הופך לעבודה וחלק מתפזר כחום, רעש, רעידות וכד'. ניתן להשתמש בחלק מהאנרגיה הזו (למשל [[קו-גנרציה]] משתמשת בחום כדי לבצע עבודה מועילה כגון ייצור חשמל), אך ככל שהיא יותר מפוזרת כך קשה יותר לנצלה (למשל, לנצל את הרעידות לביצוע עבודה...). התגלית של קרנו הייתה שכמות מסוימת של האנרגיה בלתי אפשרי לנצל. זו אינה בעיה [[טכנולוגיה|טכנולוגית]] – גם בתנאים אידיאליים לחלוטין אי אפשר יהיה לנצל את האנרגיה הזו.

===התיאוריה הקינטית של הגאזים===

===התיאוריה הקינטית של הגאזים===

אחד משיאי ההתפתחות של המדע התיאורטי היה ההסבר של התרמודינמיקה על ידי התיאוריה הקינטית של הגאזים. בסוף המאה ה-19 הצליחו (במקביל) ג'יימס מקסוול הבריטי ולודוויג בולצמן האוסטרי לגזור את חוקי התרמודינמיקה מחישוב ההתנהגות הסטטיסטית של מספר גדול של מולקולות בגז. הם הניחו שהמולקולות בגז מתנהגות ככדורים אלסטיים, וכן הניחו את התפלגות האנרגיה בין המולקולות השונות, ובאמצעות חישובים מכאניים וסטטיסטיים הצליחו לגזור את חוקי התרמודינמיקה. זה היה ניצחון אדיר למדע התיאורטי היות והוא הראה כיצד ניתן לבצע רדוקציה של תיאוריה מאקרוסקופית לתורה האטומית. יש לציין שלפחות 30 שנה לאחר מכן התורה האטומית עדיין הייתה שנויה במחלוקת.

אחד משיאי ההתפתחות של המדע התיאורטי היה ההסבר של התרמודינמיקה על ידי התיאוריה הקינטית של הגאזים. בסוף המאה ה-19 הצליחו (במקביל) ג'יימס מקסוול הבריטי ולודוויג בולצמן האוסטרי לגזור את חוקי התרמודינמיקה מחישוב ההתנהגות הסטטיסטית של מספר גדול של מולקולות בגז.  

 

הם הניחו שהמולקולות בגז מתנהגות ככדורים אלסטיים, וכן הניחו את התפלגות האנרגיה בין המולקולות השונות, ובאמצעות חישובים מכאניים וסטטיסטיים הצליחו לגזור את חוקי התרמודינמיקה. זה היה ניצחון אדיר למדע התיאורטי היות והוא הראה כיצד ניתן לבצע רדוקציה של תיאוריה מאקרוסקופית לתורה האטומית. יש לציין שלפחות 30 שנה לאחר מכן התורה האטומית עדיין הייתה שנויה במחלוקת.

על פי ניסוח זה '''האנטרופיה היא מדד מסוים לאי הסדר במערכת'''. האנטרופיה סופרת את מספר ה'סידורים' של המולקולות המתאימים למצב מסוים. נדגים זאת באמצעי מוכר מחיי היום יום: מה מידת האנטרופיה של החדר שלנו כשהוא מסודר וכשהוא מבולגן?  

על פי ניסוח זה '''האנטרופיה היא מדד מסוים לאי-הסדר במערכת'''. האנטרופיה סופרת את מספר ה'סידורים' של המולקולות המתאימים למצב מסוים. נדגים זאת באמצעי מוכר מחיי היום יום: מה מידת ה"אנטרופיה" של החדר שלנו כשהוא מסודר וכשהוא מבולגן?  

השאלה, אם כן, היא בכמה צורות אפשר לסדר חדר? יחסית מעט – הנעליים תמיד תהיינה על הריצפה, או בארון. הבגדים יהיו מקופלים בארון, הספרים מונחים על המדף. אמנם ניתן להחליף את סדר הבגדים בארון, או לשים חלק מהספרים על השולחן, אבל זה כאין וכאפס לעומת מספר הקונפיגורציות בהן יהיה החדר מבולגן. על פי הניסוח הסטטיסטי האנטרופיה קשורה למספר המצבים האפשריים, כך שהאנטרופיה של חדר מבולגן גבוהה בהרבה מזו של חדר מסודר.

השאלה, אם כן, היא בכמה צורות אפשר לסדר חדר? יחסית מעט – הנעליים תמיד תהיינה על הריצפה, או בארון. הבגדים יהיו מקופלים בארון, הספרים מונחים על המדף. אמנם ניתן להחליף את סדר הבגדים בארון, או לשים חלק מהספרים על השולחן, אבל זה כאין וכאפס לעומת מספר הקונפיגורציות בהן יהיה החדר במצב מבולגן. על פי הניסוח הסטטיסטי האנטרופיה קשורה למספר המצבים האפשריים, כך שה"אנטרופיה" של חדר מבולגן גבוהה בהרבה מזו של חדר מסודר. יש להדגיש כאן שמדובר במשל. האנטרופיה, כמושג כימי ופיזיקלי היא זהה הן בחדר מבולגן והן בחדר מסודר, החפצים בחדר מקבילים למולקלות בחתיכת חומר כלשהי. וגם בחומר, יש הרבה יותר דרכים לסדר מולקולות במצב "מבולגן", לדוגמה מולקולות של טיפת צבע בתוך מולקולות של מים כוס מים, לעומת המצב של מים נפרדים וצבע נפרד.  

נדגים באופן דומה בעזרת מיכל ובו שתי מולקולות. כדי לספור את המצבים יש 'לחתוך' את החלל לקוביות ולספור בכמה קונפיגורציות אפשר למצוא את המולקולות בתוך הקוביות. נניח ששתי המולקולות נמצאות בבקבוק התופס שתי 'קוביות' במיכל. סה"כ ישנן 3 אפשרויות לסדר את שתי המולקולות בתוך הבקבוק (בהנחה שאי אפשר להבדיל ביניהן):

נדגים באופן דומה בעזרת מיכל ובו שתי מולקולות. כדי לספור את המצבים יש 'לחתוך' את החלל לקוביות ולספור בכמה קונפיגורציות אפשר למצוא את המולקולות בתוך הקוביות. נניח ששתי המולקולות נמצאות בבקבוק התופס שתי 'קוביות' במיכל. סה"כ ישנן 3 אפשרויות לסדר את שתי המולקולות בתוך הבקבוק (בהנחה שאי אפשר להבדיל ביניהן):