Tainter

COMPLEXITY, PROBLEM SOLVING, AND SUSTAINABLE SOCIETIES, door Joseph A. Tainter, 1996

tainter complex soc OVERZICHT

Historische kennis is essentieel voor praktische toepassingen van ecologische economieën. Systemen van probleem oplossen ontwikkelen grotere complexiteit en hogere kosten over lange periodes gezien. Na verloop van tijd vereisen zulke systemen toenemende hoeveelheden energiesubsidies, of zij storten in. Afnemende meeropbrengst aan complexiteit in het probleemoplossen, beperkte de mogelijkheid van eerdere samenlevingen om duurzaam te reageren op uitdagingen en vorm zullen geven aan hedendaagse reacties op wereldwijde veranderingen, en onze historische positie in systemen van toenemende complexiteit.

INTRODUCTIE

In onze zoektocht om duurzaamheid te begrijpen, hebben we ons gehaast om factoren als energie-transformatie, biofysische beperkingen, achteruitgang van het milieu, menselijke karakteristieken die de drijvende kracht zijn achter productie en consumptie en de aanname van neoklassieke economie, te begrijpen. Terwijl onze kennis van deze zaken toeneemt, zijn praktische toepassingen van ecologische economie in opkomst. Toch, te midden van deze vooruitgang mist er iets belangrijks. Elk menselijke probleem, is maar een moment van reactie op voorgaande gebeurtenissen en processen.

Historische patronen ontwikkelen zich over generaties of zelfs eeuwen heen. Zelden zal de ervaring van een leven, volledig de oorsprong van een evenement of een proces openbaren. Werkgelegenheid niveau's in de productie van natuurlijke hulpbronnen, bijvoorbeeld, kunnen reageren op een investeringcyclus met een vertraging van enkele decennia (Watt 1992). De factoren die veroorzaken dat maatschappijen instorten, benodigde eeuwen om zich te ontwikkelen (Tainter 1988). Om beleid voor vandaag en de toekomst te ontwikkelen, moeten we de sociale en economische processen op alle tijdschapen begrijpen, en begrijpen waar we ons in het historisch patroon bevinden. Historische kennis is essentieel voor duurzaamheid (Tainter 1995a). Geen programma om duurzaamheid te verbeteren kan als praktisch worden beschouwd, als het niet is voorzien van een dergelijke fundamentele kennis.

In dit tijdperk van wereldwijde klimaatveranderingen worden we geconfronteerd met wat de grootste crisis voor de mensheid kan betekenen. Het cluster van transformaties met het kenmerk 'wereldwijde veranderingen' verkleind alle voorgaande ervaringen in haar snelheid, in haar geografische omvang van de gevolgen hiervan en in het aantal mensen die erdoor zal worden getroffen (Norgaard 1994). Toch zijn al vele keren menselijke populaties geconfronteerd met buitengewone uitdagingen, en het verschil tussen hun problemen en onze problemen is er slechts één van schaal.

Men zou kunnen verwachten dat in een rationele, probleem oplossende maatschappij, wij gretig zouden zoeken om historische ervaringen te begrijpen. In werkelijkheid hebben onze benaderingen van onderwijs en ons ongeduld voor innovatie ons avers gemaakt voor historische kennis (Tainter 1995a). In onwetendheid neigen beleidsmakers te zoeken naar oorzaken van gebeurtenissen in het recente verleden (Watt 1992). Als resultaat, terwijl wij meer kansen hebben dan de mensen van enig voorgaande tijdperken om lange termijn redenen voor onze problemen te begrijpen, wordt deze kans grotendeels genegeerd. Niet alleen weten we niet waar we ons in de tijdschaal bevinden, de meeste van onze burgers en beleidsmakers zijn zich niet bewust van wat we zouden moeten weten.

Een terugkerende beperking waar voorgaande samenlevingen mee werden geconfronteerd in probleem oplossen, was complexiteit. Het is een beperking die normaal gesproken niet wordt herkend in hedendaagse economische analyses. Voor de afgelopen 12.000 jaren lijkt het erop, dat samenlevingen bijna onvermijdelijk steeds complexer werden. Voor het grootste gedeelte is dit succesvol geweest: complexiteit verleent voordelen en één van de redenen voor ons succes als soort is ons vermogen 'snel de complexiteit van ons gedrag te laten toenemen' (Tainter 1992, 1995b).

Toch kan complexiteit ook nadelig zijn voor duurzaamheid. Sinds onze aanpak voor het oplossen van onze problemen is geweest om de meest complexe maatschappij en economie in menselijke geschiedenis te ontwikkelen, is het belangrijk te begrijpen hoe het voorgaande samenlevingen verging toen zij analoge strategieën nastreefden. In dit hoofdstuk zal ik de factoren bediscussiëren die ervoor zorgden dat voorgaande samenlevingen instortten, de economische aspecten van complexiteit in het probleem oplossen en enkele implicaties van historische patronen voor onze pogingen tot probleem oplossen van vandaag de dag. De discussie geeft aan dat een deel van ons antwoord op wereldwijde klimaatverandering moet zijn om te begrijpen de lange termijn evolutie van probleemoplossende systemen.

DE ONTWIKKELING VAN SOCIAAL ECONOMISCHE COMPLEXITEIT

Complexiteit is een sleutelbegrip van dit verslag. In een eerdere studie beschreef ik het als volgt:

Men verstaan onder complexiteit over het algemeen iets wat verwijst naar de grootte van een samenleving, het aantal en onderscheidend vermogen van haar onderdelen, de verscheidenheid van gespecialiseerde sociale rollen die het bevat, het aantal verschillende sociale persoonlijkheden die het vertegenwoordigt en de verscheidenheid van mechanismen om dit te organiseren in een samenhangend, functionerend geheel. Het verhogen van één van deze dimensies verhoogt de complexiteit van een samenleving. Jager/verzamelaar samenlevingen (bij wijze van illustratie een contrast in complexiteit) bevat niet meer dan een paar dozijn verschillende sociale persoonlijkheden, terwijl moderne Europese tellingen 10.000 tot 20.000 unieke beroepsmatige rollen herkennen, en industriële samenlevingen kunnen in totaal meer dan 1.000.000 verschillende soorten sociale persoonlijkheden bevatten (McGuire 1983; Tainter 1988). 

Als een simpel voorbeeld van verschillen in complexiteit, wees Julian Steward op het contrast tussen de inheemse volkeren van west Noord-Amerika, onder wie vroege etnografen 3.000 tot 6.000 culturele elementen documenteerden, en het Amerikaanse leger, die 500.000+ artefact typen plande op Casablanca in de tweede Wereldoorlog (Steward 1955). Complexiteit is kwantificeerbaar.

Voor meer dan 99% van de geschiedenis van de mensheid leefden wij in lage dichtheid als verzamelaars of boeren in egalitaire gemeenschappen van niet meer dan enkele tientallen personen (Carneiro 1978). Leslie White wees erop dat zulke culturele systemen, voornamelijk gebaseerd op menselijke arbeid, slecht ongeveer 1/20 paardenkracht per hoofd van de bevolking per jaar kan genereren (White 1949, 1959). Van deze basis van ongedifferentieerde samenlevingen die kleine hoeveelheden energie nodig hebben, was de ontwikkeling van complexe culturele systemen, a priori, onwaarschijnlijk. De conventionele opvatting is dat menselijke samenlevingen een latente neiging hebben richting grotere complexiteit.

Complexiteit werd beschouwd als wenselijke zaak, en het logische resultaat van overvloedig voedsel, vrije tijd en menselijke creativiteit. Hoewel dit scenario populair is, is het onvoldoende om de evolutie van complexiteit te verklaren. In de wereld van culturele complexiteit is er, om maar een informele uitdrukking te gebruiken, geen gratis lunch. Meer complexe samenlevingen zijn duurder te onderhouden dan simpele en vereisen hogere steunniveaus per hoofd van de bevolking. Een samenleving die meer complex is, heeft meer subgroepen en sociale rollen, meer netwerken tussen groepen en individuelen, meer horizontale en verticale controles, hogere doorstroming van informatie, meer specialisatie en grotere onderlinge afhankelijkheid van onderdelen. Het laten stijgen van één van deze dimensies vereist biologische, mechanische of chemische energie. In de dagen voor fossiele brandstoffen, betekende het verhogen van de complexiteit van een samenleving, dat de meerderheid van haar bevolking harder moest werken (Tainter 1988, 1992, 1994a, 1995a, 1995b).

Vele aspecten van menselijk gedrag lijken complexiteit avers te zijn (Tainter 1995b). De zogenaamde "complexiteit van moderne leven" is een veelgehoorde klacht in populair discours. Een deel van de publieke onvrede met de overheid komt voort uit het feit dat de overheid complexiteit toevoegt aan het leven van de mensen. In de wetenschap kent het principe van Occam's 'Razor' voortdurende aantrekkingskracht, omdat het stelt dat eenvoud in uitleg is te verkiezen boven complexiteit.

Complexiteit wordt altijd geremd door de lasten van de tijd en energie die zij oplegt en door de complexiteit aversie (zonder twijfel staat dat in verhouding tot kosten). Dus het verklaren waarom menselijke samenlevingen toenemend complex zijn geworden presenteert meer dan een uitdaging dan "algemeen gedacht". De reden waarom complexiteit toeneemt is dat, in de meeste gevallen, het werkt. Complexiteit is een probleem oplossende strategie die ontstaat onder omstandigheden van dwingende noodzaak of vermeende voordelen. Door de geschiedenis heen zijn spanningen en uitdagingen waaraan menselijke bevolkingen hebben blootgestaan vaak opgelost door toenemende complexiteit. Terwijl een complete beoordeling hier niet mogelijk is, is deze trend duidelijk zichtbaar in zulke werelden als: 

  1. Foraging and agriculture (Boserup 1965; Clark and Haswell 1966-1 Asch et al. 1972; Wilkinson 1973; Cohen 1977; Minnis 1995; Nelson 1995);

  2. Technology (Wilkinson 1973; Nelson 1995);

  3. Competition, warfare, and arms races (Parker 1988; Tainter 1992);

  4. Sociopolitical control and specialization (Olson 1982; Tainter 1988); and

  5. Research and development (Price 1963; Rescher 1978, 1980; Rostow 1980; Tainter 1988, 1995a).

In elk van deze gebieden neemt complexiteit toe door grotere differentiatie, specialisatie en integratie.

De ontwikkeling van complexiteit is dus een economisch proces: complexiteit verhoogt kosten en genereert voordelen. Het is een investering en het geeft een variabel rendement. Complexiteit kan zowel voordelig als schadelijk zijn: haar destructieve potentieel is duidelijk zichtbaar in historische gevallen, waar toegenomen uitgaven aan sociaal economische complexiteit, afnemende meeropbrengsten bereikte en uiteindelijk, in sommige gevallen, negatieve rendementen (Tainter 1988, 1994b).

Dit resultaat komt voort van de normale economische processen: simpel, goedkope oplossingen en aangenomen vóór meer complexe, dure varianten. Dus, terwijl menselijke populaties zijn toegenomen hebben jagen en verzamelen plaatsgemaakt voor steeds intensievere landbouw en tot geïndustrialiseerde voedselproducties die meer energie kosten dan opleveren (Clark and Haswell 1966; Cohen 1977; Hall et al. 1992). Mineralen- en energieproductie bewegen constant van gemakkelijk toegankelijk, goedkoop uitgebuite reserves tot varianten die duurder te vinden, bewerken en distribueren zijn.

Sociaal economische organisaties hebben zich ontwikkeld van egalitaire wederkerigheid, korte termijn leiderschap en gegeneraliseerde rollen, tot complexe hiërarchieën met toenemende specialisatie. 

De grafiek in figuur 4.1 is gebaseerd op deze argumenten. Terwijl een maatschappij toenemende complexiteit kent, breidt het investeringen uit in dingen als hulpbron productie, informatieverwerking, administratie en defensie. De baten / koste curve voor deze uitgaven zijn in eerste stijging gunstig, omdat de meest simpele, algemene en goedkope oplossingen worden gekozen (een fase niet zichtbaar op deze grafiek).

Maar als een samenleving stuit op meer spanningen en goedkope oplossingen niet langer voldoende zijn, verloopt haar evolutie in een duurdere richting. Uiteindelijk bereikt een groeiende samenleving een punt waar voortdurende investeringen in complexiteit hogere rendementen oplevert, maar tegen een afnemende marginaal tarief. Op een punt zoals B1, C1 op deze grafiek heeft de samenleving een fase bereikt waar het kwetsbaar wordt voor instortinggevaar. [2]

Figuur 4.1. Afnemende opbrengsten tegen toenemende complexiteit  (na Tainter 1988).

Twee dingen maken het dat de samenleving op dit moment dreigt in te storten. Eerste nieuwe noodsituaties van invloed op mensen die investeren in een strategie met lagere yield en minder marginale rendementen. Als zo'n samenlevingen economisch verzwakt raken, heeft het minder reserves om grote tegenslagen tegen te gaan. Een crisis die de samenleving op eerdere momenten mogelijk had kunnen overleven, raakt nu onoverkomelijk.

Ten tweede, afnemende rendementen maken complexiteit minder aantrekkelijk en veroorzaakt onvrede. Terwijl belastingen en andere kosten stijgen en er minder voordelen op lokaal niveau zijn, raken meer en meer mensen aangetrokken tot het idee van onafhankelijkheid. De maatschappij "decomposteert" terwijl mensen hun onmiddellijke behoeftes najagen, in plaats van hun lange termijn doelen van het leiderschap [3]. 

Als zo'n samenleving evolueert langs de marginale rendementen curve voorbij B2, C2, kruist het een continuüm van punten, zoals B1, C3, waar kosten stijgen, maar voordelen feitelijk zijn afgenomen tot hoogtes voorheen beschikbaar tegen lagere niveau's van complexiteit. Dit is een rijk van negatieve rendementen ten opzichte van investeringen in complexiteit. Een samenleving op zo'n punt zou met het instorten, opmerken dat haar rendement op investeringen in complexiteit opmerkelijk stijgt. Een samenleving in deze toestand, is uiterst kwetsbaar om in te storten.

Dit argument, ontwikkeld en getest om uit te leggen waarom samenlevingen instorten (Tainter 1988), is ook een verslag van historische trends in de economie van probleem oplossen. De geschiedenis van culturele complexiteit is de geschiedenis van menselijk probleemoplossen. In vele sectoren van investeringen, zoals resource productie, technologie, concurrentie, politieke organisaties en onderzoek, wordt complexiteit verhoogd door een blijvende noodzaak om problemen op te lossen. Omdat gemakkelijkere oplossingen uitgeput raken, beweegt het probleem oplossen onvermijdelijk richting hogere mate van complexiteit, hogere kosten en verminderde rendementen. Dit hoeft niet te leiden tot instorting, maar het is belangrijk de condities te begrijpen waaronder het mogelijk is. Om deze condities te illustreren is het zinvol drie voorbeelden van toenemende complexiteit en kostbaarheid in probleem oplossen te beoordelen: het instorten van het Romeinse Rijk, de ontwikkeling van industrialisme en trends in hedendaagse wetenschap.

De instorting van het Romeinse Rijk

Een van de resultaten van afnemende rendementen tot complexiteit wordt geïllustreerd door de ineenstorting van het West-Romeinse Rijk. Als een op zonne-energie gebaseerde samenleving met zware belastingen, kende het rijk weinig fiscale reserves. Wanneer geconfronteerd met militaire crises, moesten de Romeinse Keizers vaak reageren door het devalueren van de zilveren munt (figuur 4.2) en proberen nieuwe fondsen te werven. In de derde eeuw na Christus, dwongen voortdurende crises de Keizers om de grootte van hun leger te verdubbelen en de grootte en complexiteit van de regering te laten stijgen. Om hiervoor te betalen werden massa's waardeloze munten geproduceerd, voorraden werden gevorderd van boeren en het niveau van belastingen werd zelfs nog meer onderdrukkend (tot 2/3 van de netto-opbrengst na betaling van de huur). Inflatie verwoest de economie.

Land en bevolking beschouwd over het rijk en beoordeeld voor het betalen van belastingen. Gemeenschappen werden gezamenlijk verantwoordelijk gehouden voor enige onbetaalde bedragen. Terwijl boeren honger leden, of hun kinderen voor slavernij verkocht werden massieve vestigingwerken gebouwd, verdubbelde de grootte van de bureaucratie, werd provinciaal bestuur complexer en werden hoge subsidies betaald in goud aan Germaanse stammen en nieuwe keizerlijke steden en werden rechtbanken opgericht. Met stijgende belastingen werden marginale gronden verlaten en daalde de bevolking. Boeren konden niet langer grote families ondersteunen.

Om onderdrukkende burgerplichten te voorkomen, vluchtten de rijke families uit de steden om zelfvoorzienende landgoederen op te richten. Uiteindelijk, om belastingen te ontduiken gingen boeren vrijwillig feodale relaties aan met deze grondbezitters. En nieuwe rijke families raakten grootgrondbezitters in het westerse rijk en konden de keizerlijke regering trotseren. Het rijk hield zichzelf in stand door het consumeren van haar kapitaal bronnen; producerende landbouwgronden en boeren bevolking (Jones 1964, 1974; Wickham 1984; Tainter 1988, 1994b). Het Romeinse Rijk biedt het best gedocumenteerde voorbeeld uit de geschiedenis om problemen op te lossen leiden tot hogere kosten en afnemende opbrengsten, vervreemding van steun van de bevolking, economische zwakte en instorting. Op het einde kon het zich niet langer veroorloven de problemen van haar eigen bestaan op te lossen.

 

figuur 4.2: devaluatie van de Romeinse zilvervaluta, 0-269 na Christus (na Tainter 1994b met aanpassingen). De grafiek laat grammen in zilver per denarius (de basis zilveren munt) van 0 tot 237 na Christus zien en per 1/2 denarius van 238-269 na Christus (toen de denarius werd verwisseld door een grotere munt met een waarde van twee denarii).

Populatie, hulpbronnen en industrialisme

Het lot van het Romeinse Rijk is niet het onvermijdelijke lot van complexe samenlevingen. Het is nuttig om een historische casus te bespreken die heel anders uitviel. In één van de meest interessante werken uit de economische geschiedenis liet Richard Wilkinson (1973) zien dat in het late- en post Middeleeuwse Engeland bevolkinggroei en ontbossing leiden tot stimulans van economische ontwikkeling, zij waren op zijn minst verantwoordelijk voor de industriële revolutie. Enorme toenames in bevolking rond 1300, 1600 en laat 18e eeuw leiden tot intensivering in landbouw en industrie.

Terwijl bossen werden gekapt voor landbouwgronden en brandstof voor een groeiende bevolking, kon de behoefte van Engeland voor verwarming, koken, productie niet langer worden voldaan uit het verbranden van hout. Kolen raakten toenemend belangrijk, alhoewel het met tegenzin werd ingevoerd. Kolen waren kostbaarder te verkrijgen en verspreiden dan hout en beperkt in oorsprong. Het vereiste een nieuw, duur distributiesysteem. Terwijl kolen belangrijker raakten in de economie, raakten de meest toegankelijke depots uitgeput. Mijndelvers moesten nog dieper graven, totdat grondwater een probleem werd.

Uiteindelijk werd de stoommotor ontwikkeld en gebruikt voor het pompen van water uit de mijnen. Met de ontwikkeling van een kolen gebaseerde economie, een distributiesysteem en de stoommachnine, stonden enkele van de meest belangrijke technische elementen van de industriële revolutie in plaats. Industrialisme, de grote generator van economisch welzijn, kwam ten delen voort uit stappen om uitputting van natuurlijke hulpbronnen tegen te gaan, een vermoedelijke generator van armoede en instorting. Toch was het een systeem van toenemende complexiteit wat niet lang liet wachten om verminderde rendementen in enkele sectoren te laten zien. Dit punt zal later opnieuw worden opgeworpen.

Wetenschap en probleemoplossen

Contemporary science is humanity's greatest exercise in problem solving. Science is an institutional aspect of society, and research is an activity that we like to think has a high return. Yet as generalized knowledge is established early in the history of a discipline, the work that remains to be done is increasingly specialized. These types of problems tend to be increasingly costly and difficult to resolve, and on average advance knowledge only by small increments (Rescher 1978, 1980; Tainter 1988). Increasing investments in research yield declining marginal returns.

Some notable scholars have commented upon this. Walter Rostow once argued that marginal productivity first rises and then declines in individual fields (1980). The great physicist Max Planck, in a statement that Nicholas Rescher calls 'Planck's Principle of Increasing Effort, observed that "...with every advance [in science] the difficulty of the task is increased" (Rescher 1980). As easier questions are resolved, science moves inevitably to more complex research areas and to larger, costlier organizations (Rescher 1980). Rescher suggests that "As science progresses within any of its specialized branches, there is a marked increase in the overall resource-cost to realizing scientific findings of a given level [of] intrinsic significance..." (1978). Exponential growth in the size and costliness of science is necessary simply to maintain a constant rate of progress (Rescher 1980). Derek de Solla Price noted that in 1963 science was, even then, growing faster than either the population or the economy, and of all scientists who had ever lived, 80-90% were still alive at the time of his writing (Price 1963). In the same period, such matters prompted Dael Wolfle to publish a query in Science titled "How Much Research for a Dollar?" (Wolfle 1960).

Scientists rarely think about the benefit/cost ratio to investment in their research. Yet if we assess the productivity of our investment in science by some measure such as the issuance of patents (Figure 4.3), the productivity of certain kinds of research appears to be declining. Patenting is a controversial indicator among those who study such matters (Machlup 1962; Schmookler 1966; Griliches 1984), and does not by itself indicate the economic return to the expenditures. Medicine is a field of applied science where the return to investment can be determined more readily. Over the 52-year period shown in Figure 4.4, from 1930-1982, the productivity of the United States health care system for improving life expectancy declined by nearly 60%.

The declining productivity of the United States health care system illustrates clearly the historical development of a problem-solving field. Rescher (1980) points out: Once all of the findings at a given state-of-the-art level of investigative technology have been realized, one must move to a more expensive level.... In natural science we are involved in a technological arms race: with every victory over nature the difficulty of achieving the breakthroughs which lie ahead is increased.

The declining productivity of medicine is due to the fact that the inexpensive diseases and ailments were conquered first (the basic research that led to penicillin costing no more than $20,000), so that those remaining are more difficult and costly to resolve (Rescher 1978). And as each increasingly expensive disease is conquered, the increment to average life expectancy becomes ever smaller.

Figure 4.3. Patent applications in respect to research inputs, 1942-1958 (data from Machlup 1962)

Figure 4.4. Productivity of the U.S. health care system, 1930-1982 (data from Worthington 1975; U.S. Bureau of Census 1983). Productivity index = (Life expectancy)/(National health expenditures as percent of GNP).

Implicaties van de voorbeelden

The Roman Empire, industrialism, and science are important, not only for their own merits, but also because they exemplify: (1) how problem solving evolves along a path of increasing complexity, higher costs, and declining marginal returns (Tainter 1988), and (2) some different outcomes of that process. In the next section, I discuss what these patterns imply for our efforts to address contemporary problems.

Probleemoplossen, energie en duurzaamheid

This historical discussion gives a perspective on what it means to be practical and sustainable. A few years ago I described about two dozen societies that have collapsed (Tainter 1988). In no case is it evident or even likely that any of these societies collapsed because its members or leaders did not take practical steps to resolve its problems (Tainter 1988). The experience of the Roman Empire is again instructive. Most actions that the Roman government took in response to crises-such as debasing the currency, raising taxes, expanding the army, and conscripting labor-were practical solutions to immediate problems. It would have been unthinkable not to adopt such measures. Cumulatively, however, these practical steps made the empire ever weaker, as the capital stock (agricultural land and peasants) was depleted through taxation and conscription. Over time, devising practical solutions drove the Roman Empire into diminishing, then negative, returns to complexity. The implication is that to focus a problem-solving system, such as ecological economics, on practical applications will not automatically increase its value to society, nor enhance sustainability. The historical development of problem-solving systems needs to be understood and taken into consideration.

Most who study contemporary issues certainly would agree that solving environmental and economic problems requires both knowledge and education. A major part of our response to current problems has been to increase our level of research into environmental matters, including global change. As our knowledge increases and practical solutions emerge, governments will implement solutions and bureaucracies will enforce them. New technologies will be developed. Each of these steps will appear to be a practical solution to a specific problem. Yet cumulatively these practical steps are likely to bring increased complexity, higher costs, and diminishing returns to problem solving.' Richard Norgaard has stated the problem well: "Assuring sustainability by extending the modem agenda ... will require, by several orders of magnitude, more data collection, interpretation, planning, political decision-making, and bureaucratic control" (Norgaard 1994).

Donella Meadows and her colleagues have given excellent examples of the economic constraints of contemporary problem solving. To raise world food production from 1951-1966 by 34%, for example, required increasing expenditures on tractors of 63%, on nitrate fertilizers of 146%, and on pesticides of 300%. To remove all organic wastes from a sugar-processing plant costs 100 times more than removing 30%. To reduce sulfur dioxide in the air of a U.S. city by 9.6 times, or particulates by 3.1 times, raises the cost of pollution control by 520 times (Meadows et al. 1972). All environmental problem solving will face constraints of this kind.

Bureaucratic regulation itself generates further complexity and costs. As regulations are issued and taxes established, those who are regulated or taxed seek loopholes and lawmakers strive to close these. A competitive spiral of loophole discovery and closure unfolds, with complexity continuously increasing (Olson 1982). In these days when the cost of government lacks political support, such a strategy is unsustainable. It is often suggested that environmentally benign behavior should be elicited through taxation incentives rather than through regulations. While this approach has some advantages, it does not address the problem of complexity, and may not reduce overall regulatory costs as much as is thought. Those costs may only be shifted to the taxation authorities, and to the society as a whole.

It is not that research, education, regulation, and new technologies cannot potentially alleviate our problems. With enough investment perhaps they can. The difficulty is that these investments will be costly, and may require an increasing share of each nation's gross domestic product. With diminishing returns to problem solving, addressing environmental issues in our conventional way means that more resources will have to be allocated to science, engineering, and government. In the absence of high economic growth this would require at least a temporary decline in the standard of living, as people would have comparatively less to spend on food, housing, clothing, medical care, transportation, and entertainment.

To circumvent costliness in problem solving it is often suggested that we use resources more intelligently and efficiently. Timothy Allen and Thomas Hoekstra, for example, have suggested that in managing ecosystems for sustainability, managers should identify what is missing from natural regulatory process and provide only that. The ecosystem will do the rest. Let the ecosystem (i.e., solar energy) subsidize the management effort rather than the other way around (Allen and Hoekstra 1992). It is an intelligent suggestion. At the same time, to implement it would require much knowledge that we do not now possess. That means we need research that is complex and costly, and requires fossil-fuel subsidies. Lowering the costs of complexity in one sphere causes them to rise in another.

Agricultural pest control illustrates this dilemma. As the spraying of pesticides exacted higher costs and yielded fewer benefits, integrated pest management was developed. This system relies on biological knowledge to reduce the need for chemicals, and employs monitoring of pest populations, use of biological controls, judicious application of chemicals, and careful selection of crop types and planting dates (Norgaard 1994). It is an approach that requires both esoteric research by scientists and careful monitoring by farmers. Integrated pest management violates the principle of complexity aversion, which may partly explain why it is not more widely used.

Such issues help to clarify what constitutes a sustainable society. The fact that problem-solving systems seem to evolve to greater complexity, higher costs, and diminishing returns has significant implications for sustainability. In time, systems that develop in this way are either cut off from further finances, fail to solve problems, collapse, or come to require large energy subsidies. This has been the pattern historically in such cases as the Roman Empire, the Lowland Classic Maya, Chacoan Society of the American Southwest, warfare in Medieval and Renaissance Europe, and some aspects of contemporary problem solving (that is, in every case that I have investigated in detail) (Tainter 1988, 1992, 1994b, 1995a). These historical patterns suggest that one of the characteristics of a sustainable society will be that it has a sustainable system of problem solving-one with increasing or stable returns, or diminishing returns that can be financed with energy subsidies of assured supply, cost, and quality.

Industrialism illustrates this point. It generated its own problems of complexity and costliness. These included railways and canals to distribute coal and manufactured goods, the development of an economy increasingly based on money and wages, and the development of new technologies. While such elements of complexity are usually thought to facilitate economic growth, in fact they can do so only when subsidized by energy. Some of the new technologies, such as the steam engine, showed diminishing returns to innovation quite early in their development (Wilkinson 1973; Giarini and Louberge 1978; Giarini 1984). What set industrialism apart from all of the previous history of our species was its reliance on abundant, concentrated, high-quality energy (Hall et al. 1992). 5 With subsidies of inexpensive fossil fuels, for a long time many consequences of industrialism effectively did not matter. Industrial societies could afford them. When energy costs are met easily and painlessly,  benefit/cost ratio to social investments can be substantially ignored (as it has been in contemporary industrial agriculture). Fossil fuels made industrialism, and all that flowed from it (such as science, transportation, medicine, employment, consumerism, high-technology war, and contemporary political organization), a system of problem solving that was sustainable for several generations.

Energy has always been the basis of cultural complexity and it always will be. If our efforts to understand and resolve such matters as global change involve increasing political, technological, economic, and scientific complexity, as it seems they will, then the availability of energy per capita will be a constraining factor. To increase complexity on the basis of static or declining energy supplies would require lowering the standard of living throughout the world. In the absence of a clear crisis very few people would support this. To maintain political support for our current and future investments in complexity thus requires an increase in the effective per capita supply of energy-either by increasing the physical availability of energy, or by technical, political, or economic innovations that lower the energy cost of our standard of living. Of course, to discover such innovations requires energy, which underscores the constraints in the energy-complexity relation.

CONCLUSIES - grotere investeringen in probleem oplossen met hogere mate van complexiteit; waar in de geschiedenis bevinden wij ons?

Dit hoofdstuk over het verleden, verduidelijkt potentiële paden naar de toekomst. Eén vaak besproken pad is culturele en economische eenvoud en lagere energiekosten. Dit kan tot stand komen via de 'crash', waarvan velen vrezen als echter instorting over een periode van één of twee generaties, met veel geweld, honger en verlies van bevolking. Het alternatief is de 'zachte landing', waar vele mensen hopen voor een vrijwillige verandering naar zonne-energie en groene brandstoffen, energie besparende technieken en minder totale consumptie. Dit is een utopisch alternatief wat, als hierboven gesuggereerd, slechts tot uiting zal komen als heftige, langdurige ontberingen in geïndustrialiseerde landen het aantrekkelijk maken en als economische groei en consumentisme kan worden verwijderd uit het rijk van de ideologie.

De meer waarschijnlijke optie, is een toekomst van grotere investeringen in probleem oplossen, waardoor de overall complexiteit toeneemt, met hoger verbruik van energie. Deze optie wordt gedreven door het materiaal comfort dat het biedt, door gevestigde belangen, door gebrek aan alternatieven en door onze overtuiging dat het goed is. Als het traject van het probleemoplossen die de mensheid de afgelopen 12.000 jaren heeft gevolgd zou voortgaan, is dit wellicht het pad dat wij in de nabije toekomst zullen gaan volgen.

Ongeacht of wanneer onze poging te begrijpen en hedendaagse problemen op te lossen verminderde meeropbrengsten bereiken, zou één punt duidelijk moeten zijn. Het is essentieel te weten waar we ons in de geschiedenis bevinden (Tainter 1995a). Als het macro economisch patroon zich ontwikkelt over meerdere generaties of eeuwen, is het niet mogelijk onze huidige condities te begrijpen, tenzij we begrijpen waar we ons in het proces bevinden. We hebben de kans de eerste mensen in de geschiedenis te worden, te begrijpen hoe een vermogen van samenleving tot probleemoplossend veranderd. Te weten dat dit mogelijk is, maar hier niet naar te handelen, zou een grote mislukking van de praktische toepassing van ecologische economie zijn.

DANKBETUIGINGEN

This- chapter is revised from a plenary address to the Third International Meeting of the International Society for Ecological Economics, San Jose, Costa Rica, 28 October 1994. 1 am grateful to Cutler J. Cleveland, Robert Costanza, and Olman Segura for the invitation to present the address, to Maureen Garita Matamoros for assistance during the conference, to Denver Burns, John Faux, Charles A. S. Hall, Thomas Hoekstra, Joe Kerkvliet, and Daniel Underwood for comments on the plenary address, and to Richard Periman and Carol Raish for reviewing this version.

OPMERKINGEN

  1. In some literature of the physical sciences, striving for a definition as objective as possible, the complexity of a system is considered to be the length of a description of its regularities (Gell-Mann 1992, 1994). This is compatible with the definition employed here. A society with fewer parts, less differentiated parts, and fewer or simpler integrative systems can certainly be described more succinctly than can a society with more of these (Tainter 1995b).

  2. Collapse is a rapid transformation to a lower degree of complexity, typically involving significantly less energy consumption (Tainter 1988).

  3. This is part of the process responsible for contemporary separatist movements in the U.S.

  4. I have not considered so-called "green" alternatives in this analysis. There are two reasons why these appear to be impractical in the short-term. Firstly, industrial economies are closely coupled to the existing production system and resource base, including conventional energy (Hall et al. 1992; Watt 1992). The capital costs of massive, rapid industrial conversion would be very high. Secondly, experience since 1973 indicates that most members of industrial societies will not change their consumption patterns merely because of abstract projections about the long-term supply of energy or other resources. They will do so only when the prices of energy, and of goods and services that rely on energy, rise sharply for an extended time. It takes protracted hardship to convince people that the world to which they have been accustomed has changed irrevocably. Hardship that is minor or episodic merely allows leaders to exploit popular discontent for personal gain. Economic growth has become mythologized as part of our ideology, which makes it particularly difficult to discuss objectively in the public arena (Giarini and Louberge 1978).

  5. Coal of course was not the only element that promoted industrialism. Other factors included declining supplies of fuelwood (Wilkinson 1973), changes in land-use laws. and availability of laborers who could be employed in manufacturing.

REFERENTIES

Allen, T. F. H. and T. W. Hoekstra. 1992. Toward a Unified Ecology. New York: Columbia University Press.
Asch, N. B., R. I. Ford, and D. L. Asch. 1972. Paleoethnobotany of the Koster site: The Archaic horizons. Illinois State Museum Reports of Investigations 24. Illinois Valley Archeological Program, Research Papers 6.
Boserup, E. 1965. The Conditions of Agricultural Growth: The Economics of Agrarian Change Under Population Pressure. Chicago: Aldine.
Carneiro, R. L. 1978. Political expansion as an expression of the principle of competitive exclusion. In Origins of the State: the Anthropology of Political Evolution, eds. Ronald Cohen and Elman R. Service. Philadelphia: Institute for the Study of Human Issues.
Clark, C and M. Haswell. 1966. The Economics of Subsistence Agriculture. London: MacMillan.
Cohen, M. N. 1977. The Food Crisis in Prehistory: Overpopulation and the Origins of Agriculture. New Haven: Yale University Press.
Gell-Mann, M. 1992. Complexity and complex adaptive systems. In The Evolution of Human Languages, eds. J. A. Hawkins and M. Gell-Mann, pp. 3-18. Santa Fe Institute. Studies in the Sciences of Complexity, Proceedings Volume X1. Reading: Addison-Wesley.
Gell-Mann, M. 1994. The Quark and the Jaguar: Adventures in the Simple and the Complex. New York: W. H. Freeman.
Giarini, O. ed. 1984. Cycles, Value and Employment: Responses to the Economic Crisis. Oxford: Pergamon.
Giarini, O. and H. Louberge. 1978. The Diminishing Returns of Technology: An Essay on the Crisis in Economic Growth. Oxford: Pergamon.
Griliches, Z. 1984. Introduction. In Research and Development, Patents, and Productivity, ed. Zvi Griliches, pp. 1- 19. Chicago and London: University of Chicago Press.
Hall, Charles A. S., C. J, Cleveland, and R. Kaufmann. 1992. Energy and Resource Quality:The Ecology of the Economic Process. Niwot: University Press of Colorado.
Jones, A. H. M. 1964. The Later Roman Empire 284-602: A Social, Economic and Administrative Survey. Norman: University of Oklahoma Press.
Jones, A. H. M. 1974. The Roman Economy: Studies in Ancient Economic and Administrative History. Oxford: Basil Blackwell.
Machlup, Fritz. 1962. The Production and Distribution of Knowledge in the United States. Princeton: Princeton University Press.
McGuire, R. H. 1983. Breaking down cultural complexity: inequality and heterogeneity. In Advances in Archaeological Method and Theory, Volume 6, ed. Michael B. Schiffer, pp. 91-142. New York: Academic Press.
Meadows, D., H. Dennis, L. Meadows, J. Randers, and W. W. Behrens 111. 1972. The Limits to Growth. New York: Universe Books.
Minnis, P. E. 1995. Notes on economic uncertainty and human behavior in the prehistoric North American southwest. In Evolving Complexity and Environmental Risk in the Prehistoric Southwest, eds. J. A. Tainter and B. B. Tainter, pp. 57-78. Santa Fe Institute, Studies in the Sciences of Complexity, Proceedings Volume XXIV. Reading: Addison Wesley.
Nelson, M. C. 1995. Technological strategies responsive to subsistence stress. In Evolving Complexity and Environmental Risk in the Prehistoric Southwest, eds. J. A. Tainter and B. B. Tainter, pp. 107-144. Santa Fe Institute, Studies in the Sciences of Complexity, Proceedings Volume XXIV. Reading: Addison-Wesley.
Norgaard, R. B. 1994. Development Betrayed: The End of Progress and a Coevolutionary Revisioning of the Future. London and New York: Routledge.
Olson, M. 1982. The Rise and Decline of Nations. New Haven: Yale University Press.
Parker, G. 1988. The Military Revolution: Military Innovation and the Rise of the West, 1500-1800. Cambridge: Cambridge University Press.
Price, Derek de Solla. 1963. Little Science, Big Science. New York: Columbia University Press.
Rescher, N. 1978. Scientific Progress: a Philosophical Essay on the Economics of Research in Natural Science. Pittsburgh: University of Pittsburgh Press.
Rescher, N. 1980. Unpopular Essays on Technological Progress. Pittsburgh: University of Pittsburgh Press.
Rostow, W. W. 1980. Why the Poor Get Richer and the Rich Slow Down. Austin: University of Texas Press.
Schmookler, J. 1966. Invention and Economic Growth. Cambridge: Harvard University Press.
Steward, J. H. 1955. Theory of Culture Change. Urbana: University of Illinois Press.
Tainter, J. A. 1988. The Collapse of Complex Societies. Cambridge: Cambridge University Press.
Tainter, J. A. 1992. Evolutionary consequences of war. In Effects of War on Society, ed. G. Ausenda, pp. 103-130. San Marino: Center for Interdisciplinary Research on Social Stress.
Tainter, J. A. 1994a. Southwestern contributions to the understanding of core-periphery relations. In Understanding Complexity in the Prehistoric Southwest, eds. G. J. Gumerman, and M. Gell-Mann, pp. 25-36. Santa Fe Institute, Studies in the Sciences of Complexity, Proceedings Volume XVI. Reading: Addison-Wesley.
Tainter, Joseph A. 1994b. La fine dell'amministrazione centrale: il collaso dell'Impero romano in Occidente. In Storia d'Europa, Volume Secondo: Preistoria e Antichita, eds. Jean Guilaine and Salvatore Settis, pp. 1207-1255. Turin: Einaudi.
Tainter, J. A. 1995a. Sustainability of complex societies. Futures 27: 397-407.
Tainter, J. A. 1995b. Introduction: prehistoric societies as evolving complex systems. In: Evolving Complexity and Environmental Risk in the Prehistoric Southwest, eds. J. A. Tainter and B. B. Tainter. pp 1-23 Santa Fe Institute, Studies in the Sciences of Complexity, Proceedings Volume XXIV. Reading: Addison-Wesley.
U.S. Bureau of the Census. 1983. Statistical Abstract of the United States: 1984 104d Washington, DC: U.S. Government Printing Office.
Watt, K. E. E. 1992. Taming the Future: A Revolutionary Breakthrough in Scientific Forecasting. Davis: Contextured Webb Press.
White, L. A. 1949. The Science of Culture. New York: Farrar, Straus and Giroux.
White, L. A. 1959. The Evolution of Culture. New York: McGraw-Hill.
Wickham, C. 1984. The other transition: From the ancient world to feudalism. Past and Present 103: 3-36.
Wilkinson, R. G. 1973. Poverty and Progress: An Ecological Model of Economic Development. London: Methuen.
Wolfle, D. 1960. How much research for a dollar'? Science 132: 517.
Worthington, N. L. 1975. National health expenditures, 1929-1974. Social Security Bulletin 38(2): 3-20.

 

Twitter