Om beregningens tidsalder i menneskehedens epoke

I en hvidbog, Christoph Rosol, Benjamin Steininger, Jürgen Renn og Robert Schlögl skitserer digitaliseringens betydning i antropocæn og skitserer baggrunden og målene for det nye forskningsfelt geoantropologi. Forskerne sigter mod at analysere globale forandringer i en omfattende tværfaglig tilgang til naturvidenskab, humaniora og teknologi, udvikling af perspektiver for bevarelse af jordens habitat.

Vi lever i et øjeblik med dybe overgange, et øjeblik, hvor den accelererende dynamik af planetariske forandringer bliver stadig mere mærkbar. Menneskelige handlinger har opnået dimensioner, der kan sammenlignes med de naturlige processer i jordsystemet og vil have langvarige biofysiske effekter af geohistorisk betydning. Disse ændringer tolkes i stigende grad som tegn på, at vi er trådt ind i en ny geologisk æra:Antropocæn.

Accelererede forandringshastigheder i vores højteknologiske og videndrevne samfund er direkte forbundet med menneskelig ledet udvikling. De hurtige fremskridt inden for videnskab og teknik, i energisystemet og på arbejdsmarkedet, de dramatiske skift i den globale økonomi og også den politiske økonomi – men også den direkte indvirkning af nye former for regulering og international lov – påvirker i stigende grad de metaboliske funktioner i naturlige levesteder globalt.

En meget potent, men ofte forsømt komponent i denne systemdækkende indtrængen er den digitale transformation. Digitale teknologier markerer ikke kun et gennemgribende skift i det socioøkonomiske og kulturelle område, men indtager også en afgørende rolle ved først at komme ind i og nu bebo antropocæn. Som både en udløser og en indikator for hurtige skift i den globale økonomi, ressource- og energistrømme, og håndtering af komplekse samfundsmæssige krav og kræfter, Digitalisering er central for at forstå alvoren af ​​vores nuværende historiske øjeblik og et omdrejningspunkt, hvorigennem kontrol over de farligste veje forude kan mistes eller opnås.

En ny, Integrativ form for grundlæggende videnskab bør give vejledning i de multi-skala fænomener, der er nævnt ovenfor, og bør yderligere give værktøjerne til at udvikle passende handlinger, der har til hensigt at kontrollere virkningerne af denne udvikling. Den integrerede tilgang synes mulig, ikke mindst fordi den digitale vending allerede har haft flere effekter på den måde, videnskab udføres på (videnskaben er underlagt det, den forsøger at forstå den, og den bidrager til at forme den). Hvad angår den nuværende forståelse af virkningen af ​​den digitale transformation, vi er på omtrent samme vidensniveau, som klimaforskningen var på for 30 år siden, i begyndelsen af ​​jordsystemforskningen og klimaets fremtræden som et emne for global politik.

At studere den stigende binding mellem de naturlige sfærer og en 'technosfære' tæt befolket med digitale enheder, vi har brug for nye former for fælles menneske-jord-systemforskning, der fokuserer på co-evolutionen og den interne dynamik i interaktionerne mellem begge domæner. I øvrigt, sådan forskning er kun omfattende, når åben dialog med samfundet indgår, hvor man kan reflektere, diskutere og forme kraften i digitale instrumenter på en kollektiv måde.

Som en måde at introducere til en sådan bestræbelse, denne artikel skitserer aspekter, der fremhæver, hvordan digitale teknologier fungerer som effektive formidlere i den igangværende overgang til antropocæn og giver historisk indsigt i, hvordan de har opnået rollen som en tilfældig, men meget konsekvensfuld megastruktur.

Forandringens historiske dybde

Information har asymmetriske effekter. Bogstaver og tal er et næsten vægtløst medie, men de giver et middel til at organisere stater, flytte legioner og styre økonomier. Siden de tidligste eksempler på læsefærdighed og beregning, information har givet form til arealanvendelse og urbaniseringsprocesser, produktionscykler og langdistancetransport. Fra kileskriftstabletter i Mesopotamien (fig. 1), papyrus i Romerriget og middelalderlige kodekser til moderne sætning, telegrafsignaler i søkabler eller den tidskritiske datainfrastruktur skabt i kølvandet på automatiseret finansiering, informationsmedier tilbyder stadig mere diskrete måder at signalere og mobilisere stadig større samfundsmæssige og materielle systemer.

Informationsteknologiernes indvirkning på samfund og fysiske miljøer er således ikke begrænset til moderne tider. Endnu, nutidens tilstand af asymmetrien mellem kodet information og dens fysiske virkninger er indbegrebet af elektroner, der passerer gennem digitale mikroprocessorer, der effektivt styrer materiale- og energistrømme inden for en teknosfære, der spænder over hele kloden fra satellitbaner 40, 000 km over jordens overflade til 10 km ind i litosfæren.

En sådan spredning har virkninger. Samtidig med fremkomsten og udbredelsen af ​​digitale teknologier er den 'store acceleration', den eksponentielle stigning i nøgleindikatorer for socioøkonomiske og jordiske systemtendenser siden omkring 1950 (fig. 2). I anden halvdel af 1940'erne fandt en firedelt revolution sted inden for informationsteori (Claude Shannon), logisk computerdesign (John von Neumann), halvlederfysik (William B. Shockley og Walter H. Brattain), og etablering af et nyt, integrativ videnskab kaldet kybernetik (Norbert Wiener). Denne revolution skabte ikke kun det tekniske grundlag for nutidens digitale verden, men slog sig også sammen med den parallelle transformation af krigstidsøkonomier til civile forbrugersamfund, en engelsk-amerikansk ledet overgang fra kul til olieforsyning, og en kraftig stigning i socioøkonomiske nøgleindikatorer såsom primærenergiforbrug, bruttonationalprodukt, gødningsforbrug og befolkningstilvækst.

Computerrevolutionen faldt sammen med vendepunktet for den store acceleration omkring 1950, hvilken, som det sker, betragtes også som begyndelsen af ​​antropocæn som sådan. Den antropocæne arbejdsgruppe under Den Internationale Komité for Stratigrafi, som har til opgave at identificere en globalt synkron markør til at definere den stratigrafiske base for 'menneskehedens tidsalder', overvejer 'plutonium-spidsen' som en primær kandidat. Plutoniumspidsen er et markant radionuklidlag, der findes i sedimenter og iskerner over hele kloden, som er et resultat af den frenetiske aktivitet af atomprøvesprængninger, der begyndte i 1945 og toppede i 1962.

Tidlige computere var medvirkende til udviklingen af ​​atombomben. Udfordringen for forskerne i Los Alamos - det hemmelige sted for anden verdenskrig, hvor atombomben blev designet under opsyn af Robert Oppenheimer - var nøjagtigt at simulere fissionsreaktioner, en umulig opgave uden computerhjælpemidler (fig. 3). Mens de er analoge, computere i form af hulkort blev stadig brugt til at beregne det store antal differentialligninger til at konstruere atombomben, arbejdet på Los Alamos var medvirkende til at anspore udviklingen af ​​elektroniske digitale computere, med meget skyld i John von Neumanns teoretiske indsats. I slutningen af ​​1945, det første problem nogensinde, der blev kørt på den nydesignede Electronic Numerical Integrator and Computer (ENIAC) var en kritisk beregning for udviklingen af ​​brintbomben. Den massive, verdensomspændende afprøvning af dette termonukleare våben siden 1952 er hovedårsagen til det plutoniumspidssignal, der kan detekteres i de globalt fordelte lag. Scenarieplanlægningen for den efterfølgende kolde krig var igen meget baseret på Monte Carlo-simuleringer, med store tilfældige talsæt, der køres på elektroniske computere for at vejlede sandsynlighedsbaseret beslutningstagning i lyset af en nuklear standoff mellem øst og vest.

Kort sagt, den nukleare tidsalder – sandsynligvis det mest fremtrædende kendetegn for det tyvende århundredes teknologiske kultur og nu anses for at være det stratigrafiske udgangspunkt for antropocæn – var direkte knyttet til starten og fremkomsten af ​​den digitale tidsalder. Det fremtrædende nukleare signal i de nye lag optræder også som en materiel effekt af beregningskraft.

I aktuel historisk forskning, sådanne kronologiske og materielle sammenhænge er stadig stort set skjulte. En nylig bog, der beskriver den store acceleration, nævner ikke engang den digitale transformation. Fremtidig forskning skal bl. derfor, se på den gensidige indtrængen og styrkelsen af ​​ekspanderende informationsteknologier og de lige så voksende produktions- og forbrugsrater. Den eksponentielle stigning i telekommunikationsforbindelserne siden 1950'erne, som afbildet i en af ​​graferne for den store acceleration, er blot en af ​​mange sådanne indikatorer. De første digitale computere begyndte at øge menneskets evner betydeligt ved at hjælpe med videnstyring i militære og tekniske sammenhænge, samt offentlig administration, økonomi, ressourceudforskning, industri, og, af stor betydning, natur- og samfundsvidenskab. Kunstig intelligens er ikke et nyt koncept, men blev introduceret i midten af ​​1950'erne for at udvide mulighederne for at repræsentere og bearbejde viden med maskiner. Mange af de tidlige teknokratiske drømme om kybernetik, selvstyrende processer i samfundet er ikke blevet opfyldt. Men med fremkomsten af ​​computernetværk – især designet af Advanced Research Projects Agency Network (ARPANET) og grundlæggende internetteknologier såsom pakkeskift og Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP)-protokollen – en ny form for data -intensiv netværksbaseret efterretning er blevet til i dag.

Digital kapitalisme

Information, der næsten øjeblikkeligt deles globalt gennem digitale netværk, har bidraget til en dramatisk acceleration i alle processer inden for den markedsbaserede økonomi. Markeder har altid været baseret på besiddelse og udveksling af information om varer og tilstanden af ​​deres tilgængelighed. Men med introduktionen af ​​digitale teknologier og den allestedsnærværende status, de har opnået, information er blevet den grundlæggende enhed i den globale økonomi.

I øvrigt, denne økonomi er nu mere og mere synonym med oplåsning, transformation, opbevaring, distribution og behandling af data, som det kan ses af datakapitalismens fremkomst. Arten og strukturerne af disse transformative og accelererende mekanismer og deres direkte indvirkning på jordens systemkapacitet kræver en meget integrerende forskningsindsats.

Den digitale transformation af verdensøkonomien går ud over de åbenlyse tilfælde af finansielisering, højfrekvent handel med aktier og derivater, og digitale valutatransaktioner. Digitale værktøjer og kommunikationsmidler påvirker også i høj grad den virkelige verden af ​​landbrugs- og industriproduktion, den globale varecirkulation, mennesker og biomasse, samtidig med at det hjælper med at informere makroøkonomisk planlægning og politisk beslutningstagning.

Den ene faktor, der forener disse aktiviteter udover deres appetit på aggregeret information, er energi og ressourcer. Den resulterende effekt af denne kobling er, at en digitaliseret økonomi også accelererer den fossile økonomi. Midler til at automatisere produktion og distribution, eller for at synkronisere industrielle strømme og opfylde on-demand/on-time produktion, at outsource arbejdskraft, eller at danne et planetarisk arbejdsmarked for digitale mikroopgaver5, ikke blot øge effektiviteten, hvormed efterspørgslen imødekommes. Ofte overset er effekten, at enhver effektivitet opnået i en proces sandsynligvis vil føre til produktion af endnu flere varer og tjenesteydelser. Det her, igen, direkte omsættes til forbrug af råvarer, produkter og energi. Mere, hurtigere, højere – det er løftet og også leveringen af ​​digitale netværksteknologier.

En god del af denne acceleration er autokatalytisk. Digitaliseringen af ​​realøkonomien ('industri 4.0') skaber en eksponentiel hastighed af nye grænseflader mellem digitale og reelle agenter. Den resulterende kompleksitet kan kun håndteres ved hjælp af nye digitale instrumenter, der har tendens til at bidrage til nye grænseflader. Et eksempel på denne autokatalyse er væksten i forretningsadministrationens infrastruktur. Udtrykket 'effektivitet' bliver relateret til analyseenheden; jo mere systemisk man fortolker effektiviteten, jo mere tvivlsom er gevinsten af ​​effekter til fordel for systemet.

I dag er det klart, at den stadigt stigende effektivitet af denne acceleration har skabt et betydeligt skift i økonomisk værdiskabelse og kapitalakkumulering. De største virksomheder i aktieværdi i dag er teknologivirksomheder som Apple, Amazon eller alfabet. Disse få industrikaptajner har skabt smarte monopoler, der i stigende grad dominerer fordelingen af ​​rigdom. Deres innovation er at stå i spidsen for variationer af platforme til udveksling og ejerskab af alle slags data, sætte gang i en ny værdikæde, der bringer den politiske økonomis langvarige ordforråd og dens fokus på menneskeligt arbejde i fare, råvare- eller nyttebaserede værdisystemer.

Mens fremkomsten af ​​platformskapitalisme har skabt en symbiose mellem online og offline som forretningsmodel, implementeringen af ​​netværksteknologier såsom radiofrekvensidentifikation (RFID) og tingenes internet adresserer informationsinfrastruktur fra dens fysiske ende. Internet of Things forestiller sig en global infrastruktur, hvor fysiske objekter kobles sammen med indlejrede allestedsnærværende computerfaciliteter og virtuelle repræsentationer i et elektronisk netværk, giver mulighed for nye former for intelligent interaktion mellem disse objekter. For ti år siden var vi allerede nået til et punkt, hvor maskinforbindelse til internettet oversteg menneskelig forbindelse. I dag, vi ser på omkring 25 milliarder tilsluttede enheder, og antallet vokser eksponentielt.

Den fysiske verden, stadig mere befolket og gennemtrængt af smarte objekter, bliver til et eksponentielt ekspanderende adresserum for computeriserede netværk, så meget, at det hævdes, at vi har nået en planetarisk beregningsskala. Ifølge medie- og designteoretikeren Benjamin H. Bratton, Jorden er kun det yderste lag i 'The Stack', et totaliserende system af informationsbehandlingsarkitektur, der strækker sig fra bit til kloden.

Ingen information uden stof og energi

Digitale teknologier giver ikke kun den grundlæggende infrastruktur til at kontrollere det industrielle stofskifte, de er også førsteklasses forbrugere af ressourcer. Gennem sammenfletningen af ​​den digitale sfære med den fysiske verden og faktiske energi- og materialecyklusser, digital kommunikation er blevet tæt koblet til den nuværende dynamik af slid og ælde af jordiske ressourcer. Ingen beregningsinfrastruktur kan eksistere uden forudgående transformation af stof og ingen information uden transformation af energi.

Asymmetrien af ​​signaler og effekter bør derfor ikke misfortolkes. Informationsteknologi er det modsatte af en immateriel teknologi. Selv den smarteste enhed har brug for dumme metaller. Der bruges mindst 40 kemiske grundstoffer i hver smartphone, hvilket betyder, at vi bærer omkring en tredjedel af det periodiske system i vores lommer. Hvad der ser ud til at være en næsten uvæsentlig forretning af nuller og etaller gør brug af flere kemiske elementer end enhver tidligere teknologi i historien. Sådanne elementer kommer med respektive 'historier om ting', som forbinder den tilsyneladende rene digitale verden med den beskidte forretning med udvinding af sjældne jordarter, fyldt med menneskelig og miljømæssig udnyttelse. I betragtning af deres kritik, nogle af disse metaller produceres i tilsyneladende latterligt små mængder:omkring 120 tons germanium produceres om året, og omkring 500 tons indium, selvom dette ikke er nogen indikator for mængden af ​​indsats og malm, der kræves for at producere sådanne mængder.

Mens vi er nået til et punkt, hvor funktionelle materialer såsom indium kan pålægge en flaskehals for yderligere vækst, hvis forbruget fortsætter, there is also a staggering amount of physical electronic waste that results from the creation, maintenance and discarding of the micro-electronic components of macro infrastructures. The material residue of technological obsolescence, often toxic, marks the final stage of the life cycle of digital devices that contributes to the growing waste layer of the technosphere.

Before they die, imidlertid, digital devices consume. The expanding digital economy requires a seemingly ever-growing expenditure of primary energy. Cloud computing, the Internet of Things, the operation of platforms and neural nets, all devices always switched on. The digital golem's hunger for electric power is insatiable. A telling case is the current trend to transfer economical transactions to exchanges for cryptocurrencies and smart contracts. These transactions take place through blockchain software architectures that provide a highly decentralized, autonomous arbitration space between buyers and sellers. This requires immensely energy-intensive computation to ensure the validity of each transaction.

To bring the above metaphor of appetite for energy into an interesting comparison it is worth noting that the current energy consumption of the Internet is comparable to the energy we invest in producing ammonia for fertilizers. Without their existence only half of the global population could be fed on our planet. Human life and its foundation in the global environment is not primarily related to information and software but to the material world of biological, chemical and physical hardware and their interactions with the global material spheres in which we live. But both are increasingly tied to each other, co-dependent on massive energy infrastructures and market operations.

Data spheres in natural sciences and politics

Smart data technologies appear to many to offer ways out of the energy and resource dilemma. New accounting practices might improve attempts at sustainable resource allocation by reducing the resource intensity of production (Fig. 4), enabling self-provisioning use of renewable energy. As historian of infrastructure Paul Edwards writes:"[in] blending [the] social 'data exhaust' with physical and environmental information, an environmentally focused logistics might trim away excess energy and materials in production, find new ways to re-use or recycle waste, and generate new ideas for eliminating toxic byproducts, greenhouse gas emissions and other metabolites". However, in undertaking such endeavours, rebound effects should be a concern. As the well-known Jevons' paradox states, increasing efficiency will likely lead to an increase in consumption in response to lower prices. One will have to see if smart, adjustable technologies create a difference to that rule.

I øvrigt, knowledge infrastructures that run on digital technologies provide the necessary data and assessment of mitigating strategies to achieve notable successes in environmental and climate regulation. The Montreal Protocol that has effectively limited ozone depletion, or the Paris Agreement that will hopefully achieve the same for greenhouse gases in the long run, would have been unthinkable without the expert judgment of a global network of atmospheric data and climate modelling efforts.

We would likely be unaware and unable to quantify global change if it were not for the metrological capacities of digital technology. Digital technologies are the backbone for monitoring and understanding the current dynamics of the Anthropocene. Global climate change (to just name one key example) can only be observed due to the availability of large quantities of data, adequate computing facilities and sophisticated modelling. I det væsentlige, the age of planetary communication is also the age of planetary observation and simulation or, as Jennifer Gabrys puts it, we are dealing with "becoming environmental of computation". Earth system models, satellites and other remote sensing networks, environmental data aggregators and resource flow models mean that technical media have become an obligatory passage point in perceiving, analysing and mobilizing geoscientific knowledge.

More widely, this obligation not only concerns the collection and assessment of scientific data, but all kinds of digitally augmented knowledge, from social media-driven citizen science (as in the case of Instagram users sharing flotsam collages that help to trace maritime currents) to the imaginative knowledge drawn from the visual semantics of climate change in the digital charts and diagrams of the United Nations Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC).

Til sidst, the digital turn affects the way we do science in myriad ways. Digitalization creates great opportunities because it fills a gap between observation, experimentation, modelling and theory. But this transfer to a new medium not only makes science more effective, it also affects its criteria, for eksempel, when it comes to issues of reproducibility, trustworthiness and causal explanations. Digitalization poses novel and challenging questions:Which tasks can intelligent machines handle better than humans? Where does human judgment play a part? How does machine-learning affect decision-making? How can machines best assist humans in their decisions? Where do biases creep in? What do optimal interfaces between human and artificial intelligence look like?

Personal data available on the Internet opens up immense possibilities for misuse and manipulation, as the case of now-closed UK-based data analysis firm Cambridge Analytica demonstrated. The firm improperly gathered personal information from more than 80 million Facebook users with the aim of influencing the formation of political opinion. The primary aim of the contemporary economic forces currently driving digitalization is increased effectivity in the intelligent control of societal processes. The problem is that this control focuses on a few parameters of an attention economy, geared, for eksempel, to the time individuals spend on a Facebook page with the aim to maximize the efficacy of advertising. Data brokerage without safeguarding measures or the urge to superscore customers and citizens, as in the case of social credit systems, are an imminent threat to a free society.

The further integration of ubiquitous computing technologies into the deep fabric of our societies may become immensely useful when adapting the global metabolism to the challenges of the Anthropocene. But it may also lead, through the value-chain logics of companies that own our data, or companies that own Internet of Things-ready networks, to a surveillance society of unprecedented reach. Such developments may even constitute a step in the direction of turning the digital sphere into a self-organizing intelligence with potential control over human behaviour, a powerful political weapon that invites dangerous misuse.

Toward an integrative perspective:geo-anthropology

We are left with a paradoxical situation. Digital technologies have greatly contributed to a frenzy of unsustainable resource exploitation and consumption (Fig. 5), the generation of waste and political ambivalence, yet they appear as viable solutions to ameliorate those problems. The rapid and radical change that has occurred to the Earth system as a result of the impacts of industrialized societies has been accompanied – if not leveraged – by rapid and radical changes in information technologies and digital media. Yet still, the hope is that their potential and collaborative scalability for a rational counter approach to untenable developments is enormous.

The next years and decades will see further dramatic shifts in technology and an economy driven by fast-paced technological innovation. Machine learning and neural nets are unleashing exponential increase in autonomous computational power. With further technological step changes – changing forms of labour, the design of novel materials, synthetic biology, new energy systems and new technological modes of controlling and managing the planet's resources – industrial humanity will further deepen its imprint on the Earth and create further uncertainties and vulnerabilities for its safe inhabitation.

As meatspace and cyberspace (terms introduced decades ago by the American-born novelist William Gibson) converge today, what we cannot lose sight of is Earthspace. We are obliged to treat the 'critical zone', the thin but highly complex layer of life extending from the lower atmosphere to the upper lithosphere, with duty and care. Endnu, as scientists and humanists working in silos, we lack a shared language and method to grasp the interconnected and comprehensive character of the current threat to our life-supporting system. Like the Anthropocene, the digital blends such former distinct categories as the Earth, economy, culture and the social into one another. Our sciences, so far, do not.

Novel forms of synoptic analysis, a new conceptual framework, new research tools and new research practices will be required to interpret and to help mitigate and steer the grand transformations underway. What is needed is independent research in a domain that is strongly shaped by technological developments and applied science, but also political and economic interests. Such research will have to overcome traditional borderlines, also between the natural sciences, the social sciences and the humanities. Many transversal connections between knowledge domains are needed to grasp the present situation and the interconnectedness of phenomena that we face.

We want to call such research 'geo-anthropology', the science of human–Earth interaction. Geo-anthropology studies the various mechanisms, dynamics and pathways that have moved us into the Anthropocene. A key challenge of this framework for future research will be to address multiple scales of description, drawn from multiple forms of expertise, that help to shift between the analysis of specific micro-spheres and the planetary macro-sphere. Various temporalities, including deep-time perspectives, the history of the present and scenarios for the future, will have to be brought into productive contact with each other.

The challenge is both to understand the systemic properties of the current transformation happening across many scales, but also to actively shape its future path as part of a broader dialogue with stakeholders in society, the arts, design, politics and industry. The Anthropocene calls for plurality of knowledge. Perspectives are opened up rather than reduced. The history of science and technology tells us that it is in these kinds of open spaces that critical and disruptive work can develop. Here and today it is for us to understand and possibly counter the critical features of a disruptive technology. A new Max Planck initiative concerned with geo-anthropology intends to contribute to this fundamental research.