江晓原|里夫金的新世界观解决不了老问题

江晓原

2021-10-06 09:44 来源:澎湃新闻

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《熵:一种新的世界观》,【美】杰里米·里夫金等著,吕明等译,上海译文出版社1987年2月出版,243页,2.05元

《熵:一种新的世界观》,【美】杰里米·里夫金等著,吕明等译,上海译文出版社1987年2月出版,243页,2.05元

借熵说事的诱惑
热力学第二定律出现于十九世纪,和其他科学定律相比,热力学第二定律有着较多的表述形式。常见的几种表述如下:
热量可以自动从较热物体传递到较冷物体,但不可能自动相反传递。
不可能从单一热源吸取热量并将热量转变为功而不产生其他影响。
第二类永动机不可能造成。
任何孤立系统的熵只能增加或保持不变。
任何物理过程中各个参与者的总熵必定增加或保持不变。
这些不同的表述,其实都强调了热力学第二定律的不同侧面,比如第三种表述强调了能量的每一次转换都不可能有百分之百的效率。后面两种表述中出现了“熵”(entropy),所以热力学第二定律有时又被称为“熵增加定律”。用大白话来说,熵就是系统能量从可利用向不可利用、从有用向无用、从集中向分散、从有序向无序转化的程度。
一个物理定律,却没有数学公式,只有文字表述,还有多种表述形式,而且其中熵的概念又极富哲学色彩,这很容易让物理学界之外的人士感觉它比较容易掌握,比较容易染指,至少界面比较亲切,从而萌生某种“借熵说事”的冲动,里夫金(Jeremy Rifkin)就是这些人士中的一位。
其实最初提出熵概念的物理学家克劳修斯(Rudolf J. E. Clausius),早已经将“借熵说事”发挥到了极致——他尝试将熵的概念应用到全宇宙。
按照“宇宙”的通常定义,我们完全有理由将宇宙视为一个孤立系统,而这个系统中的熵毫无疑问一直是在增大的。我们当然可以忽略地球人类工业活动迄今为止对宇宙总熵的增量贡献(因为在宇宙尺度上过于微小),但无数恒星每时每刻都在进行着剧烈的热核反应,向外辐射着极为巨大的能量,这完全符合“从集中向分散、从有序向无序”的能量转换情形,因此全宇宙的总熵必定不断增大。
克劳修斯的想法是:照这样下去,在遥远的未来,宇宙终将达到最大的无序状态,宇宙总熵将达到极大值,这时就会出现“宇宙热寂”(heat death of the universe)。当然这只是物理定律的哲学推论,永远不可能得到证实或证伪。
但对里夫金来说,宇宙热寂仿佛一盏悬挂在远处的信号灯,在昏暗中伴随着他的旅程。
里夫金是畅销书作者,有时又被称为“趋势学家”,他有一个身份是“经济趋势基金会”创始人和主席。他曾长期担任欧盟顾问,还给法国总统萨科齐、德国总理默克尔等多位欧洲国家领导人当过顾问,也在沃顿商学院讲课,还给许多欧美报纸写专栏文章。
里夫金的《熵:一种新的世界观》(Entropy: A New World View)初版于1980年,是物理学界之外的人士借熵说事的典型作品。这是一本四十年前的畅销书,之所以今天还值得重温,是因为书中的基本观点尚不过时,有些具体想法,虽然作者表达得并不理想,有时甚至还不完全正确,但仍是富有启发性的,因而不乏可取之处。
此书最有意义的地方,就是引入了熵的概念和视域,来观察和分析当时美国社会的种种问题。里夫金的这些观察和分析,有些和主张环保的“未来学家”(几乎就是“趋势学家”)大体一致,但他关于环保和新能源的分析,因为引入了熵视域而颇富启发性。里夫金的《熵:一种新的世界观》英文版(Entropy: A New World View)

里夫金的《熵:一种新的世界观》英文版(Entropy: A New World View

环保是环保的吗?
首先有一点需要搞清楚:当我们尝试用热力学第二定律来思考身边事物时,肯定会发现许多系统有减熵现象。比如夏天在房间里开了空调,使房间温度降了下来,这就出现了减熵现象,但这并不违背热力学第二定律,因为这时房间不是孤立系统,外界向它输入了能量(运行空调的电)。又如,每个生命体活着的时候都在成功地抵制着熵的增大,生命体的成长更呈现出系统减熵现象,但这同样不违背热力学第二定律,因为生命体活着的时候一直在从外部摄入能量。
但是,如果我们将空调房间或生命体连同外部世界(比如整个地球)总体视为一个孤立系统,则根据热力学第二定律,这个系统的总熵必然会因为发电或生产粮食而增加(空调房间或生命体的减熵之值,必小于发电或生产粮食所导致的熵增之值)。事实上,人类在地球上的活动越大、越剧烈,地球这个系统的熵就增加得越快。用这个视角来看待环保,就会发现一些令人惊奇的推论。
让我们来考虑一个例子:假定有一家工厂产生了污染,我们会面临四个选项:一、听任污染不加治理;二、以邻为壑将工厂迁往别处或国外;三、治理污染;四、关掉工厂。
在现实生活中,因环保呼声日益高涨,法律监管日益完善,选项一越来越难以实行。选项二则是许多发达国家在“治理”污染时所采用的,但对于地球这个系统来说,选项二的效果其实和选项一完全一样(还未考虑搬迁工厂必然会带来的某些附加污染)。
人们一定会认为选项三是最好、最合理的,但是如果采用了熵的视域,就会发现选项三很有可能比选项一更坏。因为对工厂这个系统来说,产生污染当然是“自然”的熵增过程,而治理污染则是要实施减熵过程,这就必然需要从外部输入更多能量,因而使得地球这个总系统出现更多的熵增。
换句话说,对选项三的“熵分析”表明,在很多情况下,环保其实是不环保的。里夫金遮遮掩掩得出了这个结论,他当然不敢冒天下之大不韪公然反对环保。而从避免熵增的角度来看,只有选项四才是可取的——关掉工厂。但这个选项实际上象征着人类为了减少地球的熵增而压抑自己的物欲。
但是在现实生活中,大部分情况下人们还是会选择选项二或三,理由如下(里夫金没有提到这些理由):因为在今天,每个人都不可避免地是某一国的公民,而不是世界公民,任何人都很难站在世界公民的立场来做选择。因此以邻为壑的选项,在当前很多情况下,还是各国政府和公众都必然接受的选项。
而选项三的合理性在于:我们既要繁荣发展,也要绿水青山,人类毕竟不是为了熵而活着的,“以人为本”就不能将地球的熵看得比人类本身还重要。因此对污染的治理,还是应该理直气壮地进行。至于地球总熵的增大,可以通过从外部获取能量来抵制和逆转。
熵视域下的新能源
要从地球外部获取能量,就直接引导到对各种新能源的“熵分析”了,这同样会给我们带来新的认识。
新能源中通常包括核能、水电、地热或潮汐发电、风电、太阳能、生物转化能量等。如果使用“熵分析”,那所有使用地球自身资源的新能源,都是在增大地球这个系统的熵。所以核能、水电、地热或潮汐发电等等,在熵视域下,都是不可取的。从理论上说,考虑到地球系统的熵增,这些新能源的供给归根结底也是有限的。
核能——不管是现行的裂变核能还是一直在实验中的聚变核能——在新能源中的地位本来就有点勉强,在熵视域下它又增加了负分,但是在现阶段,大部分国家也只能抱着“与魔鬼同行”的心态姑且接受核电。
真正的出路看来只有太阳能(风电和生物转化本质上还是利用太阳能)。因为对地球这个系统来说,利用太阳能是从外部获取能量,以此来帮助地球抵制熵增乃至逆行减熵。不过在熵的视域中,地球人类利用太阳能,在现阶段仍有不少不确定因素。主要的约束都来自目前的技术手段。
目前要利用太阳能就离不开光伏设备,但生产光伏设备不仅要使用地球上的材料,还会造成环境污染,这两方面都会明显导致地球系统的熵增。也就是说,我们想要利用太阳能来帮助地球减熵,却需要先承受制造光伏设备带来的熵增。那么两相抵消,太阳能带来的利益就会被削减,甚至得不偿失。
另一个相当刚性的约束,是需要巨大的面积来采集尽可能多的阳光,而对每个国家来说国土面积终归是有限的。不过从长远来展望,这个约束还是有可能打破的,比如利用海洋或天空来拓展采集阳光的面积。
目前人类利用太阳能的想象极致,是里夫金在书中没有提到的戴森球——利用木星上的资源,建造将地球轨道包容在内在光伏环带,收集太阳能。戴森球突破了上述两项约束,在熵视域下极为优越,可惜在技术上还是太过遥远。
熵视域下的未来世界
里夫金在《熵:一种新的世界观》中观察了美国社会当时呈现的各种弊病,他分析了六大领域:农业、运输、城市、军事、教育、医疗。四十年过去,回头看看,美国这些领域中的弊病,不仅一个也没见治愈,反而愈演愈烈。
作为趋势学家(未来学家),里夫金当然要在书里为弊病丛生的美国社会开药方、指方向、展望未来。他的思想大体可以归纳如下:由于美国人(现代人)普遍有一种“无限发展”的信念,在许多人眼中,各种资源(能源、材料、容纳污染的能力等等)永远是取之不竭用之不尽的,所以美国人极度浪费(书中提供了许多当时的数据),这就极大地、同时又是毫无必要地增加着地球系统的熵,使地球以极快的速度奔向末日(能源枯竭、污染失控……)。在里夫金看来,无限发展当然是不可能的,而地球末日的到来,则有可能比人们想象的快得多。
里夫金开出的药方,则是诉诸宗教情怀,希望人类能够约束自己的欲望,降低自己的物欲,用尽可能“绿色”的生活推迟地球末日的到来。他承认由于美国人在全球享有的特权和浪费,美国人应该率先降低物欲。在本书的最后几章中,里夫金苦口婆心地劝美国人开始过“绿色”生活,他还温情脉脉地展望了在熵视域下的未来乌托邦社会。
从本书问世到今天,四十年时间不算短了,我们看看今天的美国和世界,虽然里夫金预言的某些恶果尚未完全呈现,但他展望的那个乌托邦社会,肯定离美国越来越远了。
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责任编辑:彭珊珊
校对:丁晓
澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
关键词 >> 熵,能源

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