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步还是建立在以消耗更多的石油这一基础上,那么这绝非福音,而会带来更悲观的结论,预示着石油耗尽的脚步提前临近。国际能源机构的统计数据表明,全球石油消耗自上世纪90年代以来基本上呈直线上升态势,今天我们日均油耗为8500万桶。按最保守的估计,到2030年,全球日均油耗需亿桶。一旦其间石油供应与需求出现差距,那怕是5%左右的供需缺口,都可能引发油价产生巨大的变动。油价重上100美元/桶看起来是轻而易举的事,到达200美元/桶的新高也并非戏言。届时,由石油引发的世界经济大萧条或许真的就爆发了。
总之,无论如何进行预警,我们现代的生活方式仍大量依赖石油,而且越来越严重;替代能源所占的比重只是九牛一毛。科学的警告远不及实用消费主义的说服力,多年来有关石油枯竭的无休止的呐喊似乎使人们耳根起茧了,人们甚至会反诘,几十年前科学家就说过石油要枯竭了,几十年过去了,石油还不是在大量使用吗?现实的社会还不是好好地存在吗?这真是一种可怕的认识。相比于危机本身,更可怕的就是人们对危机已经充耳不闻,这种漠然的态度会使整个社会对危机感到麻木。或许恰恰就在麻木的时候,石油枯竭的那一天便到来了。如果石油在后天耗尽,而人类又没有做好充分准备的话,整个社会将会是什么情形呢?一切不难预想,石油短缺所引发的社会危机将首当其冲。假若石油短缺仅限于对交通领域带来巨大的冲击,这种影响短期还可以克服。而一旦传导到石化工业,那将带来不可承受之重。因为石油枯竭之日,也就是石化工业消亡之时。以石油或其衍生品为主要原料的化工企业将会陷入无米可炊的窘境。今日之一针一线,衣食住行中种种稀松平常之物,大多是从石油中而来,石油的枯竭将会引发社会物质产品的空前匮乏。化肥短缺会导致农产品减产,塑料短缺会使一切涉及塑料原料的日常用品不再廉价易得。由此带来的食品短缺、包装品短缺、油漆短缺、颜料与染料短缺等诸多问题不一而足。像多米诺骨牌接二连三地倾覆一样,这种链式反应所产生的结果是,人们的日常生活将会增加许多意想不到的困难。
随着物质用品的匮乏,很多虚荣的行为将风光不再,先辈们曾经习以为常的生活方式或许将重新为后代们所熟悉。在乡下骑一骑毛驴赶路,城市里自行车叮当作响;夏天摇起大蒲扇,冬日里晒太阳取暖,难道这才是人类应该过的本分日子吗?实难想像!假若果真如此,那则意味着人类社会文明的崩溃或倒退。人们无法回退到先前的物质条件下而逍遥自在地生活。
危机到来前就必须做出改变,这是人类社会的必由之路。
第三章 高能耗社会的未来(1)
第三章 高能耗社会的未来
毫无疑问,人类社会从远古时代发展到现在,已经进入了一个高能耗的社会。并且随着社会的进步,对能源的消耗会越来越多。当某个时候能源的供应无法满足其需求时,危机便如影随形般地产生,而危机的延续则有可能酿成文明的崩溃,因为人类社会复杂性的骤降本身就可以看作是崩溃的征兆。那么,人类社会的发展将何去何从呢?高能耗社会的未来在哪里呢?这寄托于我们在维持整个社会复杂性的同时而实现新的能源替代过程,即实现下一代能源的大规模开发与利用,从而在本源上解决人类社会的能源供应和环境恶化问题。在探讨这些问题之前,不妨先从自然社会的熵学观开始说起。熵这个源于热科学的概念已经被越来越多的人加以认识和研究,并且无孔不入地渗透到自然科学和社会科学的诸多领域。
熵是什么
熵,对于不少读者来说,或许是一个陌生而又古怪的术语。它源于希腊语εντροπια,表示变化的容量。平心而论,在汉字中,熵的意义更为形象,火字旁加个商。火,象征着热;商,则是数与数相除,表示两种状态之比。熵正是这样一个取自于热力学的重要概念,用以度量某一种系统自发地从有序向无序的转化过程。
在日常生活中,我们都有这样的常识,一杯沸水置于室内会不断散发热量,直至水杯的温度与室温相同。仔细观察这种现象会发现明显的特点,那就是这个过程是自然而然发生的,而且无法自发地恢复到最初的状态。也就是说已经散失在室内的热量,不可能自动地重新聚集到杯中,使水再次沸腾。因此,我们称其是不可逆的变化过程。类似的例子不胜枚举,如滴入玻璃水杯中的墨汁会向周围扩散,直至杯中水全部染黑;一瓶开盖的香水会在房间散发香味,不久就让整个房间飘香等等,都是同样的道理。
对于“有序”和“无序”的概念,我们可以通过下面的情形浅显地予以说明。如果我们观察橡皮筋的结构,就会发现它的结构在放松与紧绷的时候是完全不一样的。放松的时候橡皮筋的结构像一团乱麻交织在一起。而当橡皮筋拉长紧绷时,那些如同链状的胶粒就沿着拉伸的方向整齐划一地排列起来。于是我们可以看到两种状态,一种是自然,或者自发的状态。在这种状态下,我们称橡皮筋的结构呈“无序”或“混乱”的状态;而另一种是借助于外力而规则地排列起来的状态。我们称之为“有序”或“整齐”的状态。如果用熵的概念来度量这种“有序”或“无序”的状态,我们说橡皮筋的结构呈“有序”状态时熵小,呈“无序”状态时熵大。推而广之,一个体系处于最“整齐”的状态时熵最小,而在最“混乱”的状态时熵最大。
我们经常见到风扫落叶飞的场景,一般习以为常以至于无暇思考。事实上这蕴含着同样深刻的哲理。对于落叶而言,其堆积越散乱,熵值越大,而这时的状态更容易保持。因为如果有外力的介入,比如秋风扫落叶,其无非是增加了落叶的混乱度,熵值就更大。因此,落叶纷飞是最可能出现的状态,最容易被观察到。从这个意义说,散乱的落叶是自然的常态。而落叶整齐地排成一列可看作其最有序的状态,这时熵值最小,所以这种状态最不容易保持,因为那怕轻微的一阵风也有可能破坏这种有序的状态,使得这种有序状态向无序状态改变,从而使得熵值增大。因此,这种落叶整齐排列的状态是最不可能出现的状态,观察到的可能性几乎为零,除非人为地把落叶摆成整齐的一列,否则自然情况下难以见到。当然,自然科学意义上的熵概念是严谨的,更是干巴巴的,远不是上文表述的这般意象化。我们在探讨过程中并不拘泥于严格的定义或概念的限制,而主要是专注于阐述现象背后所蕴含的深意。 电子书 分享网站
第三章 高能耗社会的未来(2)
由此类推到沸水自发地向室内散发热量这一日常现象,那么道理就不言自明了。如果把房间和杯子看作是一个与外界绝缘的孤立系统,那么沸水中的水蒸汽分子扩散到房间中,使得系统向更无序的趋势变化,系统的熵增大,直至最终水杯的温度与室温相同,热量传递过程就此结束,这时系统的熵值最大,也就是日常生活中最可能出现的情况。由此,沸水向室内散发热量就成为自然而然的过程,成为自然的常态。
在大自然中,我们看到雄伟嵯峨的高山,经过长年的风化,逐渐变成砂砾乱石;老树千年,最终也要枯萎风干,零落成泥。这看起来无法阻挡和改变,一切似乎都有无形之手在支配;所谓覆水难以再收,破镜不可重圆,这看似浅显普通的道理,其实蕴含着对不可逆的概念朴素而又深刻的认识;如果再作联想,那么唐诗“年年岁岁花相似,岁岁年年人不同”中所咏唱的物是人非的感怀也就再正常不过了,年年岁岁所不同的便是熵增加了,人老物衰终究难以抗拒,这是有形世界的自然流露。中国古代的伟大先哲老子讲求无为而治,也就是遵循自然法则,而不妄为。简而言之就是按照最自然的方式行事,而最自然的方式其实就是熵增加的方式。对抗这一方式无异于与自然为敌。从上述意义上说,追求长生不老就好比痴人说梦。
进一步提升到科学理论的层面,上述的这些现象其实就是自然科学中着名的“热力学第二定律”在广义层面上的应用。上世纪八十年代,美国作家里夫金等在所着的《熵:一种新的世界观》一书中,将这一原理引入到了社会生活领域。由于书中的视角新颖且独到,一时间引发热议。
热力学第二定律也称作“孤立系统熵增原理”,可表述为:孤立系统的熵永不减少。换句话也就是说,孤立系统中的物质总是从有序向无序转变,向着混乱度最大的趋势变动。
如果将我们所处的地球看作是一个孤立系统,那么物质总是向着混乱度增大的趋势运动。因此,从这个角度说,我们所处的世界将会越来越趋向于无序。但事实上,世界的演进看起来是一种更加有序化的过程。人类社会的发展过程也越来越严密,呈现出一种整体上的有序状态。之所以会出现这种矛盾,那是因为我们所处的地球并非绝对意义上的孤立系统。我们与地球外空间有能量和物质的交换,未来甚至会有文明的交流,或许已经发生或正在发生这样的文明交流,只是地球人不曾察觉而已。因此,将自然科学的原理在广义层面上进行应用的时候,需要考虑适用的条件和范围,不能片面化,更不能极端化。历史上曾有过把“孤立系统熵增原理”应用于整个外太空,从而得到了宇宙行将死寂,人类社会必将停滞的悲观论调,即着名的“宇宙热寂说”。其实这正是错误地应用了科学原理的适用条件及范围,从而片面地得到结论。
而对于有序或无序的状态而言,其在宏观与微观层面上的表现也有所不同。从自然科学的角度看,某一个系统在宏观上的无序与微观方面的有序并不相悖。1977年诺贝尔化学奖得主,比利时物理化学家普里高金提出的“耗散结构理论”正是说明了微观层面上无序的系统中也会发生向有序方向的转变过程,也就是所谓的“自组织现象”。而从人类社会的宏观意义上看,社会整体的有序与局部的无序同样也不冲突。社会整体的有序通常要建立在局部无序的基础上,特别是作为社会成员的个人,其思想与行为的发展是从有序走向无序的,是趋向于自由的。如果要求社会每个成员的步调都整体划一,这种要求其实是反社会潮流的,只有在古代的威权社会下才有可能实现。而且,这种规整的有序结构在某些时候会导致更加不稳定的情形出现。因为整齐划一的结构意味着组织力的同时,也意味着更大的破坏力。此外,我们能否由微观上有序,就得出宏观上一定更有序的结论吗?不一定。有时候情况恰恰相反。宏观的无序状态产生不是源于微观的无序,恰恰是源于微观的过于有序。例如多米诺骨牌。倒掉一张牌,将会导致成千上万张牌倾覆,这正是源于相互之间有序的排列。如果将骨牌在空间杂乱地分布,那么仅倒下一张牌,并不会导致整体坍塌的事件。导致那种无序结构的出现是极其容易的。而要将坍塌的骨牌恢复到原先的有序状态,却需要费时费力地精心加以码放。这说明事物通常具有某种方向性,如果要反这种趋向而动,我们就需花费额外的代价。在看待和分析问题时,我们不能忽视熵理论的价值;当然,我们也不能过分强调和夸大熵理论的作用,从而陷入无所不包的“唯熵论”的藩篱中。熵理论只是让我们多了一面认识世界的镜子,提供了另外一种世界观而已。
第三章 高能耗社会的未来(3)
总而言之,熵理论是有着广泛的科学意义的,它首次把不可逆的概念应用到科学领域。我们知道,牛顿力学研究的是可逆过程。如作用力和反作用力,虽然方向相反,但大小相等。但热力学则不同。自然科学的熵原理指出,孤立系统中,热总是自发地从高温物体传到低温物体,反之则不可;机械运动可以全部转化为热运动,反之则也不可,因为热能不可能全部转化为机械功;电能可以全部转化为热能,反过来同样也不可。所以,我们从热力学第二定律可以推断出,无论是不消耗任何能源的机器,还是消耗一部分能源,但热效率达到100%的机器,这些所谓的“永动机”都是不切实际的。尽管永动机被那些狂热的“理论家”朝思暮想般地热切寻求,殚精竭虑式地倾心设计,但实践证明都只是空想,历史上也从来没有真正制造出来,况且也不可能制造出来,因为它违背了科学。
虽然制造永动机的