Die Entropie der Nationen: Die globale Energieungleichheit nimmt ab, aber wie lange noch?

Die Entropie der Nationen: Die globale Energieungleichheit nimmt ab, aber wie lange noch?
Die Entropie der Nationen: Die globale Energieungleichheit nimmt ab, aber wie lange noch?
Anonim

Der Schriftsteller Adam Smith aus dem 18. Jahrhundert lieferte eine praktikable Metapher für die Art und Weise, wie die Gesellschaft Ressourcen nutzt. In seinem Buch „The We alth of Nations“argumentierte er, dass Individuen, selbst wenn sie durch persönlichen Fleiß danach streben, ihren Vorteil im Leben zu maximieren, unbeabsichtigt – wie unter dem Einfluss einer „versteckten Hand“– zu einer Gesamtdisposition beitragen Vermögen. Nun, wenn Smith ein Physiker wäre und im 21. Jahrhundert leben würde, wäre er vielleicht versucht, Menschen oder Nationen mit Molekülen zu vergleichen und den Ausdruck „versteckte Hand“durch „thermodynamischen Prozess“zu ersetzen."

Exponentielles Verh alten

Victor Yakovenko, Wissenschaftler am Joint Quantum Institute, untersucht die Parallelen zwischen Nationen und Molekülen. Die Energieverteilung zwischen Molekülen in einem Gas und die Verteilung des Pro-Kopf-Energieverbrauchs zwischen Nationen gehorchen beide einem Exponentialgesetz. Das heißt, die Wahrscheinlichkeit, einen bestimmten Energiewert zu haben, ist proportional zu e^(-E/kT), wobei T die Temperatur und k ein Proportionalitätsfaktor ist, der als Boltzmann-Konstante bezeichnet wird. ("Temperatur" ist hier der durchschnittliche nationale Pro-Kopf-Energieverbrauch in der Welt.)

Studien zum weltweiten Energieverbrauch zeigen oft Diagramme des Energieverbrauchs oder der Bevölkerung im Laufe der Zeit. Yakovenko und seine Kollegen ziehen es vor, die zugrunde liegende exponentielle Verteilung des nationalen Energieverbrauchs zu zeichnen, indem sie den Anteil der Weltbevölkerung gegen den Pro-Kopf-Verbrauch auftragen.

Eigentlich können die Verbrauchsdaten auf andere Weise grafisch dargestellt werden, eine, die die Verteilungsnatur des Energieverbrauchs veranschaulicht.In einem „Lorenz-Plot“sind sowohl die vertikale als auch die horizontale Achse dimensionslos. Die Abbildung zeigt Datenkurven für vier Jahre – 1980, 1990, 2000 und 2010. Der Verlauf der Kurven geht in Richtung einer fünften Kurve, die für das idealisierte exponentielle Verh alten steht.

Maximale Entropie

Diese fünfte Kurve entspricht einem Zustand maximaler Entropie in der Energieverteilung. Entropie ist nicht nur ein Synonym für Unordnung. Vielmehr ist die Entropie ein Maß für die Anzahl der verschiedenen Möglichkeiten, wie ein System existieren kann. Wenn zum Beispiel 100 Dollar auf zehn Personen aufgeteilt würden, würde die völlige Gleichheit vorschreiben, dass jede Person 10 Dollar erhält. In der Figur wird dies durch die durchgezogene diagonale Linie dargestellt. Maximale Ungleichheit wäre gleichbedeutend damit, alle 100 Dollar einer Person zu geben. Dies würde durch eine Kurve dargestellt werden, die die horizontale Achse umarmt und dann die vertikale Achse ganz rechts nach oben verläuft.

Statistisch gesehen sind beide Szenarien eher unwahrscheinlich, da sie einmaligen Situationen entsprechen.Der Großteil der möglichen Teilungen von 100 $ würde eher wie dieses Beispiel aussehen: Person 1 erhält 27 $, Person 2 erhält 15 $ und so weiter bis zu Person 10, die nur 3 $ erhält. Die schwarze Kurve in der Abbildung stellt diesen mittleren Fall dar, in dem im Wettbewerb um knappe Energieressourcen weder totale Gleichheit noch totale Ungleichheit herrscht.

Natürlich sind die Beschriftungen entlang der Kurven eine deutliche Erinnerung daran, dass manche Nationen viel mehr als der Durchschnitt bekommen und manche Nationen viel weniger. In der Abbildung entspricht die Steigung der Kurve an einem beliebigen Punkt dem Energieverbrauch pro Kopf. Das obere rechte Ende jeder Kurve wird also von den verbrauchsstarken Nationen bewohnt: USA, Russland, Frankreich, Großbritannien. Und die unteren linken Positionen mit geringerer Steigung auf der Kurve umfassen Brasilien und Indien. Die Aufwärtsbewegung Chinas auf der Kurve ist die dramatischste Veränderung der letzten 40 Jahre.

Ungleichheit

Die Ungleichheit zwischen den Besitzenden und den Besitzlosen wird oft durch einen Faktor namens Gini-Koeffizient oder G (benannt nach dem italienischen Soziologen Corrado Gini) charakterisiert, der als Bereich zwischen der Lorenz-Kurve und der durchgezogenen Diagonalen geteilt durch definiert ist die Hälfte der Fläche unter der diagonalen Linie.G liegt dann irgendwo zwischen 0 und 1, wobei 0 vollkommener Gleichheit und 1 vollkommener Ungleichheit entspricht. Die Kurve, die der Bedingung maximaler Entropie entspricht, hat einen G-Wert von 0,5.

Die JQI-Wissenschaftler haben G im Laufe der Zeit berechnet und grafisch dargestellt, was zeigt, wie G im Laufe der Jahre gesunken ist. Mit anderen Worten, die Ungleichheit beim Energieverbrauch zwischen den Nationen ist gesunken. Viele Ökonomen führen diese Entwicklung auf die zunehmende Globalisierung des Handels zurück. Und wie um die zugrunde liegende thermodynamische Natur der Warenströme zu unterstreichen, zeigt eine aktuelle Studie von Branko Milanovic von der Weltbank eine Gini-Kurve, die der JQI-Kurve sehr ähnlich ist. Er zeichnete jedoch den Rückgang der globalen Einkommensungleichheit auf, indem er einen Parameter namens Kaufkraftparität (KKP) zwischen den Nationen verfolgte.

Kann es weitergehen?

Die JQI-Kurve deutet darauf hin, dass der Trend zu einer geringeren Ungleichheit beim Energieverbrauch ins Stocken geraten wird, wenn sich die Energieverbrauchsverteilung dem vollen exponentiellen Verh alten nähert.Liegt das an der unaufh altsamen Anwendbarkeit der Gesetze der Thermodynamik auf den nationalen Energieverbrauch? Genau wie bei Gasmolekülen, bei denen einige Moleküle „reich“sind (hohe Energie besitzen) und andere „arm“, sind einige Nationen dazu bestimmt, reich und andere arm zu sein?

Vielleicht nicht. Professor Yakovenko glaubt, dass ein offensichtlicher Weg, die in den obigen Zahlen ausgedrückten Umstände der Energieverteilung zu ändern, die Weiterentwicklung erneuerbarer Energiequellen ist. „Diese Grafiken gelten für eine gut durchmischte, globalisierte Welt, in der ein endlicher Pool fossiler Brennstoffe global umverteilbar ist. Wenn die Welt auf lokal produzierte und lokal verbrauchte erneuerbare Energien umsteigt und aufhört, das Kartenspiel neu zu mischen (fossil Kraftstoffe), dann würden die Wahrscheinlichkeitsgesetze nicht gelten und die Ungleichheit könnte weiter verringert werden, schließlich scheint die Sonne ungefähr gleich auf alle."

Yakovenko fügt hinzu, dass für eine Exponentialverteilung das gilt, was er "die Drittel-Regel" nennt.Das bedeutet, dass das obere Drittel der Weltbevölkerung 2/3 der insgesamt produzierten Energie verbrauchen wird, während die unteren 2/3 der Bevölkerung nur 1/3 der gesamten Energie verbrauchen werden.

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