1 能量与社会

能量是唯一的通用货币：它有诸多形式，但需要在不同形式之间进行转化才能达到特定的目的。在宇宙中，从星系的巨大旋转到恒星内的热核反应都是能量转化的表现。在地球上，能量转化的范围也很广泛：大到构造地质学上的分开洋底、抬升山脉的塑造地球的力量（terra forming forces），小到微小雨滴的累积侵蚀作用（正如一句罗马古话，gutta cavat lapidem non vi，sed saepe cadendo——水滴石穿靠的不是力量，而是持之以恒）。尽管人类数十年来一直试图捕捉有意义的外星信号，但地球生命目前仍是已知宇宙中仅有的生命，而如果离开了将太阳能转化为植物量（phytomass，专指植物的生物量）的光合作用，地球上的生命将不可能存在。人类依靠这种能量转化来生存，且依靠更多能量流动来发展文明。正如理查德·亚当斯所言：

我们可以天马行空地思考。但如果没有把这些想法转化为行动的手段，那它们就永远只是想法……历史的运行方式无法预测。然而，历史事件必然呈现出一种结构或组织，这种结构或组织一定符合其能量组成。（Richard Adams 1982, 27）

人类社会的发展带来了人口的增长、社会和生产安排的日趋复杂，使越来越多人的生活质量得到提高。根据一种基本的生物物理学观点，史前人类的进化和人类历史都可视作寻求控制更多样、更集中的可用能量并使其实现更大规模的存储和流动，以及用更实惠的方式、更低的成本和更高的效率将能量转化为光、热以及运动的历程。美国数学家、化学家、统计学家阿尔弗雷德·洛特卡（Alfred Lotka，1880—1949）在其最大能量定律中对这一趋势做出了归纳：“在所有情况下，只要存在着未被利用的残余物质和可用能量，自然选择就会增加有机系统的总质量，提高通过系统的物质循环率，增加通过系统的总能量通量。”（Lotka 1922, 148）

连续文明——生物圈中最大、最复杂的有机体——的历史就遵循了这一过程。人类对更高的能量流动的依赖可看作有机体进化的必然延续。威廉·奥斯特瓦尔德（Wilhelm Ostwald，1853—1932，因对催化作用的研究而获得1909年诺贝尔化学奖）首次明确将热力学第二定律“拓展到了一切行为，尤其是全部人类行为……并非所有能量都能进行转化，为此做好准备的只有一些特定的能量形式——它们也因此被称为自由能（free energy）……因此，自由能是各种生物所消耗能量的根本来源，任何事物都因为自由能的转化才成其如此”。（Ostwald 1912, 83）基于此，他提出了他的能量规则“Vergeude keine Energie，verwerte sie”——意思是“不要浪费任何能量，把它们利用起来”（Ostwald 1912, 85）。

奥斯特瓦尔德的追随者不仅重申了其结论，其中某些人甚至更明晰地阐释了能量与全部人类事务之间的联系。下面将引用三段话加以阐释。20世纪70年代初，霍华德·奥德姆（Howard Odum，1924—2002）在奥斯特瓦尔德所论述之主要主题上做出了引申：“可获取的能量总量决定了可实现的作业活动总量，而一个人对这些能量流动的掌控决定了其在人类事务上的权力以及对自然的相对影响力。”（Odum 1971, 43）在20世纪80年代后期，罗纳德·福克斯（Ronald Fox）为一本主题为能量进化的著作写了这样的结束语：“能量流动方式每更新一次，文化机制都随之得到一次改进。”（Fox 1988, 166）

不只科学家，其他人也能看到能量供应和社会进步之间的联系。乔治·奥威尔（George Orwell，1903—1950）在参观了地下煤矿后，于1937年在《通往威根码头之路》（The Road to Wigan Pier）第二章中写了下面这段话：

抱歉，我不同意切斯特顿先生的说法。我们的文明是以煤炭为基础的。我们对煤炭的依赖程度比你所能想象到的更为彻底。我们赖以生存的机器，以及用于制造机器的机器，都直接或间接地依赖煤炭。在西方世界的新陈代谢中，煤矿工人的重要性仅次于犁地的农夫。在某种程度上，煤矿工人们就像是女像柱，肩上扛起了脏兮兮的煤，却支撑着这个光鲜的世界。正因如此，如果有机会且不怕麻烦的话，开采煤炭的实际过程值得一看。（Orwell 1937, 18）

但是，〔像奥威尔那样〕重申这一基本联系与〔像福克斯那样〕声称能量流动方式的每次改进都关联着文化机制的更新，完全是两码事。奥威尔的结论当然无可指摘。福克斯的措辞则显然是在重申人类学家莱斯利·怀特（Leslie White, 1900—1975）早在两代人之前所表达的决定论观点。怀特将这一观点称为文化发展的第一定律：“在其他条件相同的情况下，文化发展的程度与每人每年平均获取和投入使用的能量总量直接相关。”（White 1943, 346）不论是奥斯特瓦尔德提出的基本公式，还是能量对演化中的社会的结构和动态细节的全面影响（抱歉，我还是不同意奥威尔的看法），都不存在争议。但是，认为能量的使用水平与“文化”成就的取得具有必然联系，就很值得商榷了。我在本书最后一章中对这种因果关系究竟是否存在进行了探讨。

“能量”是一个基础性概念，它的这一本质是毋庸置疑的。正如罗伯特·林赛所言：

如果我们能用某个词语来表述一种概念，而这种概念适用于我们生活的一切要素，并使我们感觉能精准地把握住它，那么我们就找到了一种经济而有力的方式。这就是我们使用“能量”（energy）这个词语表示概念时的感觉。没有任何其他概念能够如此契合我们对经验的理解。（Robert Lindsay 1975, 2）

然而什么是能量？令人讶异的是，即便是诺贝尔奖获得者也很难对这个看似简单的问题给出令人满意的答案。理查德·费曼（Richard Feynman, 1918—1988）在其著作《物理学讲义》（Lectures on Physics）中指出：“在现今的物理学中，我们对能量是什么一无所知。认识到这一点很重要。我们不知道能量到底是不是以一定数量的团状形式出现的。”（Feynman 1988, 4—2）

我们知道的是，所有物质都是处于静止状态的能量，还知道能量有多种形式，这些形式各异的能量通过多种转化联系起来，其中许多转化是普遍的、无处不在的、不间断的，另一些则是高度局部化的、罕见的、短暂的（表1.1）。对能量的储存、潜藏和转化的解释主要在19世纪得到了迅速的拓展和系统化，并在20世纪得到完善。在20世纪，相比于理解光合作用的运行（其序列直到20世纪50年代才被解开），我们更早理解了如何释放核能（理论上在20世纪30年代末，实际上在1943年第一个核反应堆开始运行）。这是对能量转化之复杂性的强有力的注解。