Kasvun rajat

pienoiskuva|485x485px|Luonnonvarojen määrä World 3 -mallissa vuodesta 1900 vuoteen 2100.

Kasvun rajat (, 1972) on Rooman Klubin tilaama ja julkaisema raportti, jonka kirjoitti joukko Massachusettsin teknillisen korkeakoulun MIT:n professoreja: Donella H. Meadows, Dennis L. Meadows, Jørgen Randers ja William W. Behrens III. Raportin kustansi Volkswagen-säätiö.

Kirjan päätoteamuksia on, että väestö ja talous eivät kasva samaa vauhtia ja selvitäkseen tulevaisuudessa ihmiskunnan on muutettava kehityksen suuntaa.

Vuonna 1992 ilmestyi 20-vuotistarkistus Ylittyvät kasvun rajat. Vuonna 2004 ilmestyneen 30-vuotistarkistuksen nimi on Kasvun rajat – 30 vuotta myöhemmin. Uusissa julkaisuissa vanhan tutkimuksen perusteesi on toistettu, mutta asioita on käsitelty uuden tiedon ja osittain myös uusien metodien pohjalta.

Rooman Klubi tilasi tutkimuksen, joka arvioisi maapallon kestokykyä ja luonnonvarojen riittävyyttä. Raportin tehtävä oli hahmottaa ilmiöiden välisiä riippuvuussuhteita, mutta siitä on myös yritetty lukea, kuinka kauan kasvu voi jatkua. Tutkijat keräsivät paljon taustatietoa ja kehittivät niistä laskennallisen mallin, joka vertasi kulutus- ja kasvuvauhtia ja mahdollisia muutoksia. Keskeinen ajatus oli, että jonkin resurssin, kuten öljyn tai kromin, riittävyyttä ei voida laskea vain niin, että jaetaan tiedossa olevat varat nykyisellä kulutuksella, vaan on arvioitava kulutuksen kasvua. Tutkijat laskivat riittävyysarvioita olettaen joko kulutuksen olevan vakio tai kasvunopeuden olevan vakio. Toisella tavalla he arvioivat kehitystä joko resurssien sillä hetkellä tiedossa olevan määrän perusteella tai olettaen, että resursseista on löydetty viidennes. Eri arviointitavoilla esimerkiksi maaöljyvarojen arveltiin riittävän 20–50 vuotta.

Vuonna 1972 MIT:ssä laadittu Maailma3-malli ennusti oikein väkiluvun kasvun 6 miljardiin ja myös ruoantuotannon kehityksen vakioajolla. Laatijoiden mielestä tämä ei todista, että malli ennustaisi tulevan kehityksen riittävän oikein, mutta se todistaa ainakin sen, ettei malli ole täysin järjenvastainen. s. 18

Aiempia kehitysvaiheita Jay Forrester oli suorittanut MIT:n ylemmän korkeakoulututkinnon sähkötekniikan alalla ja suunnitellut sen jälkeen laivastolle servomekanismeja, tutkan ohjauslaitteita ja tietokoneita lennonopetusta varten. Hänen kokemuksensa saattoi hänet johtajaksi Whirlwind-hankkeeseen, jossa rakennettiin yksi maailman ensimmäisistä digitaalisista tietokoneista. Whirlwind-hankkeessa Forrester kehitti magneettisen muistin toimintaperiaatteen, ja näistä muisteista tuli varhaisen tietokoneen keskeinen teknologia. Mutta vuonna 1956 Forrester jätti tietokonealan taakseen siinä uskossa, että alan uraauurtavin vaihe oli jo mennyt ohi. (Hän oli asiasta samaa mieltä vielä vuonna 2011.) Hän siirtyi MIT:n johtamiskorkeakouluun tutkimaan yritysten menestystekijöitä.

Pian General Electricin kodinkonejaoston johtajat esittivät hänelle ongelman, jota kukaan ei ollut osannut ratkaista: Toisinaan GE:n tehtailla oli niin paljon tilauksia, etteivät ne mitenkään pystyneet toimittamaan niitä kaikkia; toisinaan taas vaikutti siltä, että puolet työväestä olisi lomautettava tilausten puutteessa. Miksi tilausten määrä ei pysynyt tasaisena? Yleensä tällaisesta oli tapana syyttää suhdannevaihteluita: joskus kuluttajat ostivat enemmän ja joskus vähemmän, eikä sille mahtanut mitään. Mutta Forresterille tämä selitys ei kelvannut. Ilmiö muistutti häntä servomekanismeista, joita hän oli suunnitellut laivastolle.

Esimerkiksi Forresterin tunnistamasta ilmiöstä käy termostaatin toiminta: Termostaatti saa viestin kylmyydestä ja alkaa lämmittää taloa, mutta talo lämpenee hitaasti, ja lämmityksen edelleen jatkuessa talo kuumenee liikaa. Sen jälkeen termostaatti pyrkii jäähdyttämään taloa, mutta jälleen lämpötilan muutos kestää kauan, ja lopulta talo jäähtyy liikaa. Tällöin lämpötilan aaltoilu ei johdu säästä, vaan lämmityslaitteen ja lämpömittarin yhteistoiminnan puutteista. Forrester uskoi, että GE:n ongelma oli samantapainen. Hän laski, kuinka yhtiön tuotanto, väkimäärä, varastot ja tilauskanta käyttäytyisivät liikkeenjohdon toimenpiteiden seurauksena. Havaittiin, että silloinkin, kun kysyntä pysyi vakaana, liikkeenjohdon toimet yksinään saivat aikaan aaltoliikkeen.

Kun GE:n leivänpaahdinten myynti kasvoi kymmenyksellä, vähittäismyyjät tilasivat lisää paahtimia. Mutta tilausten toimittaminen myyjille kesti kauan, jolloin myyjät hätääntyivät ja tilasivat lisää tuotteita. Tämän havaittuaan myös tukkukauppiaat tilasivat entistä enemmän, ja lopulta kymmenyksen kasvu tilausmäärässä oli muuttunut jo puolikkaan suuruiseksi. Kun kaikki tilatut leivänpaahtimet lopulta saatiin toimitettua myyjille, niitä tuli liikaa, minkä seurauksena myyjät vähensivät tilauksia, ja tuotanto romahti. Ongelman aiheuttaja ei ollutkaan kilpaileva valmistaja, muoti tai sääntely, vaan aaltoliike syntyi oman yrityksen sisällä.

Forrester kehitti ilmiötä kuvaavan tietokonemallin. Toisin kuin sen aikaisissa tietokonemalleissa oli tapana, Forresterin malli sisälsi takaisinkytkentöjä, joissa prosessin tulos kiertää kehää ja palaa vaikuttamaan saman prosessin alkusyyhyn. Seuraavina vuosina hän jalosti leivänpaahdinten tuotantoa kuvaavasta mallista yleiskäyttöisen ohjelmointikielen nimeltä DYNAMO. DYNAMO esitti liikkeenjohdon päätökset virtausdynamiikan käsitteitä muistuttavilla varantojen ja virtausten malleilla. DYNAMOlla tuotetut simulaatiot kuvasivat ilmiöitä, jotka vahvistuvat huomaamatta, kunnes ne aiheuttavat koko järjestelmän muutoksen.

Forrester julkaisi yritysten ilmiöitä kuvaavan kirjan nimeltä Industrial Dynamics vuonna 1961. Vuodesta 1968 alkaen Forrester käytti ohjelmointikieltään kaupunkikehityksen kuvaamiseen, jolloin hän havaitsi, että kaupunkien uudistamisprojektit, joiden oli määrä vähentää köyhyyttä, tuottivatkin sitä lisää. Tämä työ johti Forresterin kirjoittamaan kirjan Urban Dynamics.

Tehtävänanto Vuonna 1970 Rooman klubi pyysi Forresteria käyttämään järjestelmädynamiikan malliaan ennennäkemättömän suuressa mittakaavassa.

Rooman klubi oli pieni, mutta vaikutusvaltainen joukko yritysjohtajia, poliitikkoja ja yliopistoväkeä. Sen jäseneksi pyrkiviä riitti jonoksi, mutta mukaan pääsi vain kutsusta ja jäsenten määrä oli rajattu säännöissä enintään sataan. Klubi oli perustettu vasta paria vuotta aiemmin, tarkoituksenaan pohtia ajatusta siitä, että väestönkasvu, saastuminen, köyhyys, luonnonvarojen kulutus, rikollisuus, terrorismi ja nuorison kapina liittyivät jotenkin toisiinsa ja johtivat yhdessä vääjäämättä kriisiin. Voitaisiinko mitään niistä ratkaista erillään toisista? Klubin jäseneksi otettiin vain sellaisia tarkkaan valikoituja ihmisiä, joiden arvioitiin pystyvän tutkimaan tätä ongelmaa ja esittämään lähestymistapoja sen ratkaisemiseksi.

Forrester kutsuttiin klubin jäseneksi 1970. Ensimmäisessä kokouksessaan hän istui koko päivän vaiti. Kävi ilmi, että Volkswagen-säätiö oli luvannut Rooman klubille apurahan, mikäli heillä olisi esittää jokin sopiva tutkimussuunnitelma. Klubi olikin laatinut ehdotuksen, mutta se oli hylätty, ja nyt säätiö uhkasi peruuttaa koko apurahan. Silloin Forrester alkoi puhua. Hän tarjosi omaa menetelmäänsä. Hän kutsui klubin jäsenet tutustumaan siihen, joskin sillä varauksella, että menetelmän selittäminen kestäisi kaksi viikkoa. Klubin jäsenet suostuivat, ja Forrester huomasi joutuvansa sekä järjestämään konferenssin että laatimaan vaatimusten mukaisen tietokonemallin muutamassa päivässä.

Maailman luominen Palatessaan klubin kokouksesta Forrester luonnosteli mallia lentokoneessa. Ennen kuin kone pääsi perille, olivat tietokonemallia kuvaavat diagrammit täyttäneet 9 lentokoneen istuinta hänen ympärillään. Kotiin päästyään hän siirsi yhtälönsä tietokonemalliksi, jolle hän antoi nimen World. Kun klubin jäsenet saapuivat, malli oli käytännöllisesti katsoen valmis. Forresterin oppilaat piirsivät mallista kuvan lakanalle, ja lakana peitti luokkahuoneen seinän kokonaan.

Forresterin aiempien mallien tapaan World oli verkosto, jonka jokainen osa vaikutti toisiinsa: Kun väestön määrä kasvoi, se aiheutti kasvua myös tuotteiden ja palveluiden kysynnässä, mikä taas lisäsi työllisyyttä ja investointeja, mikä vaikutti uudestaan väestön määrään. Näin muodostui kierre, jonka seurauksena väestömäärä kasvoi jatkuvasti. Mallissa tällaisia toisiinsa liittyviä kierteitä oli useita. Siten tutkija saattoi syöttää malliin sellaisen skenaarion, jossa väestönkasvu oli nopeaa, tai sellaisen, jossa kasvu oli olematonta. Yhtä hyvin hän saattoi valita haluamansa taloudellisen kehityksen suunnan, tai maatalouden tuotantomäärien muutoksen. Sitten kone laski ja tuotti simulaation maailman kohtalosta seuraavien kahden sadan vuoden aikana.

Forresterin malli kohtasi vastustusta. Aiemman tutkimusehdotuksen laatinut klubin jäsen erosi. Volkswagen-säätiö puolitti lupaamansa apurahan.

Työryhmä

Rooman klubi halusi Forresterin jättävän muut työnsä ja keskittyvän mallinsa testaamiseen ja hiomiseen, mutta sen sijaan Forrester antoi työn MIT:n tutkijaryhmälle, joka oli ilmoittautunut vapaaehtoiseksi. Työryhmän keski-ikä oli 26. Ryhmää johti kaksi jatko-opiskelijaa.

Donella "Dana" Meadows oli valmistunut biofysiikan tohtoriksi Harvardin yliopistosta vuonna 1968 ja toimi tutkijana MIT:n ravitsemustieteen laitoksella. Hän oli innokas kirjoittaja ja hänellä oli taustaa myös ekologian alalla. Dennis Meadows oli suorittanut kandidaatin tutkinnon kemian alalla vuonna 1964 ja valmistunut MIT:stä tohtoriksi liikkeenjohdon alalta 1969. Hänen aiempi työnsä järjestelmädynamiikan parissa oli käsitellyt porsaankylkien hintavaihteluita Hän toimi MIT:n kauppakorkeakoulun apulaisprofessorinahttps://www.ecologic.eu/sites/files/download/dinner_dialogue/2006/cv_meadows.pdf . He olivat naimisissa. Jørgen Randers (s. 22.5.1945) oli suorittanut norjalaisen candidatus realium -tutkinnon kiinteän olomuodon fysiikassa Oslon yliopistossa vuonna 1968 ja toimi MIT:ssä tutkijanahttp://home.bi.no/fgl99096/RandersCompleteCV_080912.pdf .

Forrester itse viimeisteli tietokonemallinsa, jota hän nimitti nyt World2:ksi, ja kirjoitti kolmannen kirjansa World Dynamics (1971).

Maailma3-malli

World3 on teoksessa Kasvun rajat käytetty tietokonemalli, joka jäljittelee maapallon väestön ja luonnonvarojen suhteita. Mallin ajatus on se, että maailman väestönkasvu johtaa luonnonvarojen loppumiseen, koska nopeasti kasvava väestö kuluttaa ne pois 2000-luvulla. Tämä johtaa pulaan ja nälkään. Toinen mallin ajatus on, että ajoissa tehdyt voimakkaat säätelytoimet pystyvät estämään tämän.

Mallissa on ohjelmointikielelle kaavoiksi, lausekkeiksi ja numeroarvoiksi käännetty muun muassa koko maailman ruoantuotannon, teollisuustuotannon, väestön, uusiutumattomien luonnonvarojen ja saastumisen määrät. Tällöin World3 on ekologis-ekonominen simulaatio. Malli käsittelee koko maailmaa keskiarvoisena kokonaisuutena eikä erottele esimerkiksi teollisuusmaita ja kehitysmaita.

DYNAMO-ohjelmointikielellä tehty malli pohjautuu vahvasti Jay W. Forresterin World2-malliin. World3-mallista edelleen kehitetyt muunnelmat ovat World3/91 ja World3/2000. Uusiin malleihin on lisätty muun muassa HWI, ihmisen hyvinvointia kuvaava luku sekä ihmisen ekologinen jalanjälki.

Kasvun rajat -malli oli varhaisimpia tietokoneella toteutettuja järjestelmädynamiikan malleja. Mallissa oli poikkeuksellista, että siihen oli rakennettu kuvaus takaisinkytkennöistä; resurssien kulumisesta ja palautumisesta; sekä viiveistä muutoksen vaikutuksessa. Lisäksi maailman talousjärjestelmää tarkasteltiin siinä osien muodostamana kokonaisuutena, jossa yhden osan muutoksilla on vaikutuksia muihin. Mallin eri skenaarioiden tulosteet esittivät muutokset kahdeksassa muuttujassa: väestömäärä, syntyvyys, kuolleisuus, palvelutuotanto, ruoan tuotanto, teollisuustuotanto, uusiutumattomat luonnonvarat ja saasteet.