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科幻作家王晋康的博客

 
 
 

日志

 
 

十日谈之三 环境保护与熵增定律  

2007-09-26 13:36:10|  分类: 随笔与演讲 |  标签: |举报 |字号 订阅

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 我八九岁时常常遇到一个相同的梦境:一条小河,河水清碧,小鱼苗倏然来去。河边垂柳依依,一个小男孩(我)在河边玩耍,一个小女孩(我妹妹)拂开柳丝欢笑着向我跑来……梦景很美,令你醒来后还不忍走出去。梦景多次重复,我想,这也许是我上辈子呆过的地方?终有一天我问了母亲,母亲笑道:那是咱的老家呀,老家旁边有一条河,那时你才四岁,常到河边去玩。以后我不再做这个梦了,但我把这块圣地一直保留在心中。尘世碌碌,直到30年后我才有暇回故乡,当然首先要去朝拜那块圣地。这是我一生最为后悔的事情之一,我真不该去看的,那样还能把一个美好的记忆永存心中。看过之后……我不忍用文字描述,只能说四个字:惨不忍睹!过后想想,只能怪我的天真,到处都是环境污染,哪儿还能保留一块净土呢。

   

少时尚不知道熵增定律,但在直觉中已能感到一种宿命的感伤。我的作业本、铅笔、精巧的玩具、可口的食物……最终都变成一团乱糟糟的垃圾,失去之后再也回不来了。如果冥冥中有一个有洁癖的上帝,努力把人类毁坏的一切全部复原,他老人家一定累得吐血,因为,事物变乱非常容易,变得“有序”可就十分困难了。你可以在一秒钟内把一支日光灯废灯管扔到粪堆上,但是当碎玻璃碴散布于农田中之后,得花多大力气才能把它们全部分检出来?看着一车车城市垃圾送往城外,我总免不了悲天悯人:是不是到了某一天,世界上每一寸土地都埋满了垃圾?今天我们在拉动内需,大兴土木,山一般的建筑垃圾毫不怜悯地破坏了原始土层,那可是大自然亿万年才积攒出来的呀,这种破坏是不可逆转的。人类就像一条贪婪的蚕,一路吃着绿叶,也结下了美丽的茧壳,但更多地是留下一路粪便。美国海洋学家蕾切尔•卡逊在1962年写了“寂静的春天”,吹响了环境保护的号角。现在,西方国家的环境恶化已初步得到遏止,但从世界总体来看,生态仍在继续恶化。我常常怀疑,在人类加快发展的步伐时,能否完全恢复大自然的生命力,使我儿时的梦景变成现实?生命是高度有序化、组织化的过程,与熵增定律背道而驰,所以,从理论上说,与生命化过程伴随的必然是更大程度的无序化。茧壳的产生注定会带来更多的粪便。但为什么在工业化之前的大自然中,生态能够维持平衡?河水川流不息,生物繁衍进化,土壤越来越肥沃。大自然保持着自净能力和再生能力,保持着良性循环。这似乎与熵增定律不符啊。其实一点也不矛盾。这是因为地球系统并非绝对孤立,在这个系统之外,太阳公公不停息地为地球输入着能量。因此,从总体上说,宇宙沿着熵增(无序)的方向无可逆转地下滑,但地球由于太阳的赐予或曰牺牲,得以维持一个局部的伊甸园。“非平衡态热力学”揭示,一个局部系统能够逆熵增之势而行,达到有序化,但这是以外界能量流入为前提的。典型的例子是别洛索夫—扎鲍京斯基反应,一种包含三种成份的溶液在非平衡态时(如保持原料的不断加入或存在温度梯度)就会自动出现美丽的花纹,并按一定的规律重复。这个简单的实验揭示了自然界最为深刻的机制之一—自组织。当然不要忘了它的前提:外界能流。太阳能几乎是地球唯一的外来能源,表现为水能、风能和光能,据计算为173000TW,相当于每秒500万吨煤。它不是一个小数字,但毕竟是有限的。还有一项外来能源是引力能(表现为潮汐能),其实也是太阳提供的。我们常说太阳能是干净能源,但恐怕没有人理解“干净能源”这四个字的本质含义——它们是从系统之外输入的,使用它们不会增加地球这个系统的熵值。其它能源就不同了。矿物燃料是储存的太阳能,核能和地热能是星体演化时储存的能量。既然这些能量以“物质”的形态存在于地球上,它们就属于这个系统了。它们的使用必然伴随系统的熵增(这里的熵增和显态的环境污染并不是同义词,但就本质上说是一致的),造成酸雨、致癌微粒、光化学污染、温室气体,等等。尤其是核燃料的使用所伴随的核废料,至今没有一个绝对安全的处理办法,它们或被埋在深海,或被埋在稳定地层中,都是顾了今天不顾明天的不负责任的做法。核废料的半衰期很长,从几千年到几十亿年,可以说,当人类把它们从潘多拉魔盒中放出来之后,就再也无法把它们重新囚禁起来了。西方国家的环境保护已有显著进步,除了先进的环保意识外(本文中不谈人的能动性),重要的原因是他们有钱,翻译成大自然的语言就是“能量”。在地球这个系统内,各局部系统能量的分配严重不均。某些系统(西方国家,或大城市)因为有较大的外来能流,就能造成该系统的有序化,它是以第三世界国家或城外的环境恶化为牺牲的。

   

但我们并不关心局部,我们关注的是全人类。科幻作家是一些奇怪的生物,他们可能笨口拙舌,呆头呆脑,经济困窘,不受领导爱见,但却一个个心雄万夫,动辄与上帝平起平坐。现在我们就以上帝的视角来审视一下人类:如果不考虑各国的差异,拉平来看,人类在怎样的条件下才能否保持环境的有序化?

   

我想是有条件的,它取决于外来能流的强度。过去人们谈环境污染时,总把它看成是孤立的现象,看成是人类觉悟的问题,似乎全人类一旦认识到它的必要性,这个问题就会迎刃而解。这是很幼稚的想法。对于地球这个系统来说,一定的外界能流只能维持一定强度的生态平衡(是动态的平衡),超过这个限度,从长远上说地球系统就会走向无序。自然之力有穷,人类的索取不可太贪婪。人类该怎样来保持环境的再生能力?具体做法很多,但如果承认上述观点,则不外乎以下几个方面:

   

1 尽量提高对外来能流(水力、风力、光能、潮汐能)的利用率。

   

2 尽量提高系统内能源的使用“效率”。“效率”这个词在这儿不是通常的意义,而是说,当这些能量释放时必然伴随环境污染,为了消除污染又要耗费能量,则效率=(释放能量—耗费能量)/释放能量。

   

3 当然还有另外的办法,一是扩大系统的范围(向外星球扩展),或是向外界索取更多的能源(比如从月球获取核聚变的原料),但那都是以后的事了。

   

结束语

   

本文提出了一些全新的观点:把地球的环境保护纳入整个地球系统的熵增过程来考虑;人类活动强度与系统输入能量流强度有一定的对应关系。这些领域还没有人涉足过,笔者只是偶然心血来潮,朝海边走了几步——还没挨到海水呢,因而也不可能有深刻的、量化的论述。泛泛而谈,谨用它来做引玉之砖吧。

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