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    地球熵增的临界点是增是减呢?

    10个月前 | admin | 68次围观

    根据《资源角逐》整理,作者张捷。

    地球熵增的临界点

    对于地球来说,既有人类活动所带来的熵增,也有太阳能量和生物利用太阳能所带来的负嫡,那么整个系统的熵是增是减呢?这样在增减之间的临界点,就是一个非常关键的熵的临界点。

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    对于全人类实际上就产生了一个资源效用的临界点,这就是我们每一年所消耗的负熵和每一年因为植物光合作用等依靠太阳所带来的负熵的大小关系,当人类活动的熵增超过了这些植物的光合作用等的负熵以后,整个以地球和生物、人类为整体的体系就不可逆转的发生了熵增,这样的熵增目前是在消耗地球亿万年积累起来的负熵的,我们的石油、煤炭等等能源都来自于古代生物,来自于古代生物所带来的熵减或者负熵,而且这样的消耗过程是非常迅速的,我们的一年的消化是古代多少年的积累,这样的体系在熵增面前将来是非常可怕的,这样的临界点非常关键。

    科学家还说太阳的能量对于我们是近似无限的,但是实际上我们能够利用的太阳能非常有限,生物的光合作用目前还是我们利用太阳能最好的方式,但是我们所能够得到的已经赶不上我们消耗的了,因为全球因为二氧化碳的增加而变暖,这些二氧化碳的增加说明我们的消耗已经超过了全球生物的处理能力了,这样的效果是不可忽略的,因此才有世界对于碳问题的重视。

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    当然人类也可以通过其他方式增加一些太阳能量向负嫡的转化气候变化——人类面临的挑战,比如各种利用太阳能的研究,但是我们对于太阳的利用效率是很低远远达不到我们消耗的增长,甚至生产太阳能设备的熵增就高于我们取得的负熵,我们总抱着人定胜天的唯心思维是不行的,当年依靠太阳能量转化率来论证可以亩产万斤粮食的故事不能再次重演了。

    动物和微生物排放的温室气体为220G吨每年(1G等于10亿),植物220G吨每年,人类活动对应的排放在这十几年从23.5G吨增加到26.4G吨;人类活动增加的碳排放还不到总排放量的1%,所以说人类的碳排放是气候的罪魁本身就是有疑问的。但是过去30年间,地球平均升温不足1℃,但北冰洋大部分地区却上升了大约3℃;一些冰原消失的地方,气温甚至上升了5℃。这样的气温上升不是平均的上升,不仅仅是碳排放,各种其他的影响作用也很大,比如臭氧层被破坏造成地球紫外线增加,紫外线会破坏包括DNA在内的生物分子,海洋中的浮游生物受致命的影响,海洋生态系统受破坏,使农作物减产加强温室效应。这样的极地的上升导致极地冻土中的甲烷释放和冻土有机质降解排放是非常巨大难以估量的,是亿万年地球的积累是现有地球总碳排放的很多倍,足以导致气候变化使整个生物圈的熵平衡的破坏,是地球取得负熵的一个耗散结构被破坏,这些影响不仅仅是碳排放的问题,更本质的还是熵增加的问题,是人类活动导致的熵增的影响,在热力学的规律中温度增加就是熵增,全球变暖正是全球熵增加的体现,也是人类活动达到这样的临界点的一个体现。

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    人类活动所带来的熵增超过了临界点,整个地球就结束了亿万年以来的嫡减状态而快速熵增,我们的美好家园实际上是亿万年以来生物的光合作用不断地熵减得来的,这样的熵增就是破坏了地球亿万年以来的趋势方向和平衡的,这样改变方向的转折点从来都是无比重要的。

    耗散结构的转折点

    对于耗散结构,外界的负嫡流入和结构本身所产生的熵增是一个平衡的关系,当流入的负熵少于体系内不可逆的熵增时,这样的系统的总的负熵就在降低,当体系的熵由负熵趋于零的时候,这样的体系就崩溃了。

    地球相对于太阳系是一个开放的系统,而太阳系的各个星球和太空环境是极端的非平衡的,在这样的环境下就产生了一个依靠不断的太阳能量输入的一个地球的生物圈耗散结构,有这样的结构和光合作用的存在,地球在形成生命以后的亿万年间是一直处于不断的得到太阳负熵的熵减过程,现在人类的活动得嫡增导致这样的熵减变成了熵增,这就是全球生命耗散结构的一个转折点,一个由盛向衰的转折点。在亿万年熵减的效应消失,耗散结构的熵趋于零的时候,地球的生命就不复存在。

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    人类的产生以及人类的社会,对于生物圈来说也是一个耗散结构,人类社会的负嫡是以生物圈的嫡增来实现的,生物界本来是由物种多样性和不同物种以食物链高度关联的有序体系,由于人类活动的增加已经给这样的体系造成巨大的破坏和混乱,物种在大量的消失而生命体的个数却大量增加(原始森林变成农田是成千上万种的生物变成几种作物和作物的害虫、人口,这样人口、害虫、作物等等同种类个体增多),也就是在熵的角度各个事件的发生概率相等导致熵值的增加,这样的增加也是使得整个耗散结构的存在受到威胁。

    所以在人类耗费的资源剧增,所产生的熵增超过太阳给我们带来的负嫡以后,整个地球和生物界的耗散结构就发生了由盛转衰的重大历史转折,会给地球带来翻天覆地的变化。我们的经济学家和科学家给人类社会的假设就是资源可以不断地产生满足人类需要,可以人类劳动循环不息,这是一个依靠太阳能量驱动的“永动机”,在发生了这样的转折以后,这个“永动机”的能量不足要越转越慢直至停止了。

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    近几十年来,在二战以后人类的科技得到长足发展,人类的消耗也空前增加,人类活动所产生的熵已经接近或超过从太阳能量得到的负熵,因此以前没有的气候异常、温室气体、臭氧空洞、冰川融化等等都出现并且急速恶化,这样的耗散结构的盛衰转折已经了达到了临界状态,同时这样的转折也为人类今后的生存和发展提出了重大挑战。熵问题不能依靠科技鸦片

    我们对于地球资源的紧缺的呼声已经有半个世纪了,但是大家都觉得这样的“狼来了”的呼声已经过时,因为科技的发展已经给我们带来了大量的资源,比如:核能,而对于石油即将枯竭的说法,科技也让我们找到了大量的新油田,并且让老油田的开采率大大提高,似乎科技已经为我们解决了资源的问题。

    150年前,人类开始使用化石燃料,改变了大自然能量转化的基本规律。过去,光合作用使太阳能转化为化学能是这个生态系统中大约惟一的获得能量方式(风能、水能等实际上也是来自太阳,但是比例极低可以忽略),现在,化石能源为动力的机械取代了人力畜力,化肥更直接以营养的方式把百万上亿年前动植物储存的太阳能输送到作物中。

    因为有了额外的能量来源,每公顷每年的干物质产量又成10倍地上升。甚至有人预计,如果在浅海里养殖海藻,太阳能更直接地转化到有营养并且可食用的部分,食物产量还可以成倍地增长。问题是,在这一能量转化工程中,效率却是低下得惊人。为了获得数倍的能量增长,人类投入的化石燃料往往要数十倍地增长。在发展中国家,平均一亩地中化石燃料的投入是太阳能的4倍;发达国家,化石燃料与太阳能的比值是40:1;美国这一比值更高达90:1。这样的低效率就是巨大的熵增带来的,我们如果忽略这样的效率低下,就会再一次重蹈科技论证亩产万斤的覆辙。

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    同时我们要再一次放到熵的眼光之下,我们可以发现科技给我们所带来的新能源中大部分不是负熵而是新的熵增,把地球以前积累的负熵给开发出来了,在应用这样的资源中给地球带来的还是熵增!就如自然资源的地下水和土壤的再生速度远远不敌美国人的生产速度,土壤的侵蚀速度是新生速度的18倍,地下水开采速度也超过补给的25%。再比如核能,这些核物质是地球形成是带有的,在地壳的深处本来不会影响生物圈的,但是人类科技的核能开发,使得他们在产生能量的同时给地球的生物圈带来了巨大的熵增,一方面是核能最终要以热的形式进人大气,另外也带来了核污染,对于地球生物圈这个耗散结构的熵增贡献不是减少而是加大,而我们对于石油、煤炭的开发就更是如此,这些都是史前生物所积累的负嫡,把他们消耗是对于生物圈耗散结构的直接嫡增。因此我们看到的科技进步在根本上没有解决地球资源紧缺所带来的熵增问题,这样的科技挖掘工作不是解决问题,而是寅吃卯粮。

    我们给生物圈造成的巨大嫡增效应,实际上也是科技发展的结果之一,我们人类没有这样的科技手段的时候,对于自然界也没有今天这样的破坏能力,我们的改造自然的能力是科技给予的,而我们的人类活动给自然造成的熵增,最后达到一个地球总体上由太阳能量带来的熵减(负熵)变成熵增的临界点,这也是科技发展的结果,因此科技发展的好坏也是要两方面看待的,很多激进的环保主义者已经开始摒弃科技进行复古的生活,就是源于对于地球资源的保护,如果我们的科技发展给人类多带来的好处是大量消耗资源,给地球带来不可逆的熵增,那么从一个长期的历史眼光来审视,其优劣就应当重新进行评价。

    我们知道在毒品出现之初,都是被当作药品和好东西的,他们带给人类极大的幸福感,但是长期大量使用毒品的结果就是让你走向毁灭。而我们当今有些科技的发展,也是一样的给人类带来空前的物质享受,但是这样的享受同时消耗了大量的资源,产生了大量的熵增,给地球带来混乱,这些资源是我们子孙生活的基础,这些熵增的后果要我们子孙去承担,这与我们吸食毒品有什么实质的区别呢?科技对于人类社会的效用被很多科学家变成了一个永动机,似乎科技能够给我们带来无穷无尽的资源,但是只要是回到熵的原理上,没有哪个科学家敢于公开说他能够打破热力学第二定律来预言未来,我们的科技进步所带来的资源大多数都是把地球以前不能利用的负熵给利用起来,将这些地球形成具有的和生物圈亿万年积累的负熵给予利用和消耗,所产生的熵增全部进人生物圈,当我们认识到生物圈耗散结构的承受能力和每年能够从太阳得到的负熵的有限以后,就知道这样的行为实际上是在给我们的子孙挖掘坟墓,从熵增原理我们可以知道面对不可逆的熵增加,要让我们消耗掉的负熵恢复,一定是要比你利用的负熵付出更大的代价,没有不消耗的循环,因此人类今天的享受是需要子孙更大代价进行偿还的,这样的行为与吸食鸦片的效果是完全等价的,很多科技给人类的就是这样的结果,因此这些科技某种意义上说就是一种鸦片。

    所以应当看到科技进步不能解决熵问题,而且对于科技进步本身我们应当以熵的眼光再一次进行评价,对于给当今人类愉悦的物质享受但是消耗大量资源、产生巨大熵增、需要子孙付出巨大的代价的,这样的科技进步更多的就是一种鸦片,因此在资源紧缺,人类迈过地球熵变的临界点以后,对于科技的评价也会逐步有所改变,科技对于人类的贡献不仅仅是劳动生产率,同时也要有熵的影响,一味的不顾地球的熵增而发展劳动生产率的时代一去不复返,而那些具有鸦片效果的科技,也将退出人类的历史舞台。

    人类的生存方式必须转变

    应当看到人类的存在才300万年,生物界和自然界的非平衡产生人类社会这样的耗散结构的时间也就是300万年,而我们的资源消耗是一年要消耗很多年的积累,就如我们汽车使用一箱油的耗氧是一个人一年的总耗氧量,这样的过程是非常快速的,一旦到达了人类产生的熵值,人类社会的耗散结构的熵趋于零,也就是人类灭亡的时刻,让人类灭亡的就是人类自己。

    对于地球生物的发展进化,大家可以知道史前是有过多次的生物大灭绝的,其中著名的就是恐龙的大灭绝,虽然对于恐龙灭绝的最终原因大家还没有定论,但是我们可以看到的各个原因中,比如:气候变化说、小行星撞击说、灾难说等等,都有一个共同点就是这些灭绝理由都是系统的熵增极大,造成了生物圈的耗散结构的破裂,对于恐龙这样的物种的超越其他物种的发展,是给体系带来巨大混乱的熵增的,在恐龙灭绝以后哺乳动物取代和限制了爬行动物,其中有一个关键差别在于哺乳动物发育成熟后身体就不再长大,爬行动物的身体是可以不受限制的长大的,这样的结构应当是生命体对于生物圈得一个熵增的限制,系统按照最小熵产生进行了发展进化。

    而对于我们人类,即使是人类物种进化了300万年,但是所有当今的人类文明主要是在近几千年内产生的,而近百年人类文明的高速发展,人类所取得的物质成就和所产生的熵、所消耗的资源就超过了人类几千年的文明史,这样的发展变化是超级迅速的,人类灭绝所需要的熵增效应是不用到整个生物圈的耗散结构的熵趋于零,只要到产生人类社会的耗散结构的熵趋于零就可以了,而毁掉我们的现代文明让人类回到石器时代,更是回到建立现代人的几千年以前的熵的水平就可以了,这样的过程在我们一年消耗很多年的资源的速度面前,是一个非常快的过程,如果我们没有改变,我们经历地球生物圈从熵减到熵增的转折变化的这几十年,没准就成为人类历史上最幸福的时光了,他没有重大战争和屠杀,人类疾病减少和寿命增加,人均消耗的资源增多并且没有明显的限制等等。

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    为了维持人类的不被灭绝,对于地球生物圈的熵增趋势就必须改变或者得到控制,这样的结果就是我们人类的行为必须自己限制熵的产生和快速增加,以前熵增不受限制的人类活动将一去不复返了,这样的结果首先就是我们的经济理论必须做出改变,以前可以资源不受限制不计算资源效用的理论必须结束,取而代之的是计算资源效用重视熵利益在人类社会和经济运行中的规律的理论,再进一步就是关于嫡的利益在国与国和不同人类群体之中的竞争应当加剧,这样的熵竞争成为生存竞争;最后就是人类对于环境保护减低熵增应当越来越重视,改变这样的地球熵变化趋势,如果这样的趋势不能得到有效的改变,人类将来的生存压力就会越来越大,最后的结果就只能是再次走向互相的残酷杀戮将人类的资源消耗降低,历史上的人类杀戮行为从根本上也就是为了生存权的斗争,这样的熵变趋势不改变,也就将是人类从和平走向战争的开始,残酷的生物生存竞争就会再现人类社会。

    我们再认识到这个世界就是一个一个的熵循环和耗散结构所维持的世界,这样的熵循环和耗散结构,就是要依靠额外的能量流入和熵增来维持的,我们超过了临界点以后,这样的驱动力就极大地不足了,如果这样的循环不能维持,整个世界就要回到热寂说的可怕死亡世界了,因此我们改变我们的生活方式维持这样的熵循环的永不停息就是极其重要的,在世界达到临界点的时候就是人类必须发生改变的开始。

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    自从1859年发现了石油,美国人就主要靠亿万年前的太阳能活着,我们种一亩地靠1200小时的人工,他们才10个小时,剩下的就是往地里泼汽油,粮食生产实际上是在浪费资源。地下水和土壤的再生速度也不敌美国人的生产速度,土壤的侵蚀速度是新生速度的18倍,地下水开采速度也超过补给的25%。生态意义上,美国国土只能承载现在人口的一半,1.5亿。这样的生活是不可能长期维持的,人类的生活必将为此改变因此对于我们的资源和熵增的临界点,我们需要的是充分的认识,在临界点的变化是人类历史各个时期所没有的,是不能完全照搬历史经验和传统理论的,在此巨变之际,也是催生人类关于资源、熵和人类社会新的经济理论和经济模式的历史时刻,在这样的时刻也是一个国家和民族崛起和实现历史超越的时刻,最后物竞天择适者生存,一定是知识理论水平领先的国家和民族胜出,现在是我们深人思考和创新的最好时机。

    新的人类思想即将诞生

    数千年以来,人类思想的出发点都是如何提高改造自然的能力,如何提高劳动生产率,而认为资源会随着劳动生产力的提高而不断地发掘,在人类的能力远低于太阳带给地球的负熵的情况下,这个思维无疑是没有问题的。

    但是随着人类的发展,人类的资源消耗所产生的熵增开始接近和超过地球从太阳那里得到的负熵,原有的思想基础将被打破,新的思想基础肯定是既要有人类劳动生产的因素,也要有对于自然影响的因素,嫡的效用不可忽略了,除非人类愿意走向灭亡。因此这是一个人类思想基础的根本改变,会有重大的历史意义。

    人类应当是已经看到问题的实质,所以才有环保主义的兴起,对环境问题比历史上任何时期都要重视,因为我们只有一个地球,在此问题上各国是有所共识的,所以才会有保护环境的《京都议定书》,才会有联合国环境署这样的国际机构,才会有非洲国家的精英们抱死资源不开发等待世界变局谋划。

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    在人类资源压力越来越大,对于地球的熵的责任越来越重的今后,世界的博弈也围绕着熵来进行,熵的规则的建立还会有一个任重道远的过程,因为对于局部利益,破坏规则的边际利益是巨大的,因此才会有当今最强大的国家美国,消费世界一小半的资源,但就是不参加《京都议定书》,因此在世界关于嫡的新秩序建立之前,围绕着熵和资源的争夺还有一个激烈的过程,现在是谁多占谁多消费谁赚便宜,资源的争夺已经是白热化了。

    在破坏规则得利的背景下,对于资源的争夺和消耗还会有一个加剧的过程,这也是在和平谈判前的最后争夺,之后应当就是如联合国建立二战后新秩序的过程,武力侵略被禁止了,国际规则建立了。现在新规则还没有建立,谁都在规则建立前更多地占有资源,所以我们的崛起所伴随着的资源争夺会极其激烈,这是资源和熵的争夺气候变化——人类面临的挑战,围绕着资源和熵的重商主义会成为主流,同时这样的行为也会在不远的将来造成更大的资源紧缺,造成大家不得不重视资源,重视熵对于地球的影响,不得不为了子孙的将来建立新的秩序。但是这个过程是一个非合作的博弈,是一个纳什均衡的博弈,造成了我们这个世界的囚徒困境,各国都希望他国减少资源消费,自己却可以更多地消费资源,最后就是世界的资源消费得不到控制给全球带来新灾难。

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    这样的变化时刻就是新秩序和新思想产生的时刻,人类的方向将在此改变,熵的效用将被重视,并且围绕着熵建立起新的价值体系,我们对于世界发展应当有所前瞻,一个取得文明和经济领先的民族,首先要是一个思想超前的民族。

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