《熵：一种新的世界观》中关于历史上的能量的论述

里夫金  霍华德 只要我们略为观察一下两个重要的历史时期，就会发现历史确实是在按熵定律发展。让我们来看一下公元4世纪到19世纪的西欧，这段历史对现代世界模式以及我们美国的生活方式的形成有着重要意义。历史学家们把这15个世纪划分成两大部分：中世纪和工业时代。文艺复兴通常被看成是两个时代之间的过渡。流行的教科书通常把从中世纪到现代的过渡归功于人类思想的伟大复苏——好像这以前整个人类莫名其妙地决定停止思想，整整冬眠了几百年似的。虽然学者们为新教徒改革，资产阶级和资本主义的兴起以及在这些重大变革中开辟的商业通道的意义争论不休，但很少有人费心去讨论这些变革背后的真正原因。事实上13～16世纪之间是西欧一个重大的熵的分界线。木材，这一中世纪生活的能源基础日益短缺，人口的增长进一步加剧了木材的匮乏。人们开始寻找出路，终于以煤代替了木材。从以木材为主的能源环境到以煤为主的能源环境的转变，深刻地改变了整个西欧的生活方式。从木材到煤的能源环境是中世纪灭亡、工业革命出现的主要因素。 今天的欧洲对每一块空间的有效利用，都给参观者留下了深刻的印象。每一件东西似乎都按几何形状和尺寸安排得井井有条，即使是空地，看上去也像是规划过的，仿佛整个欧洲大陆从鸿蒙初辟之时就被规划得一丝不苟、毫厘不差。很难想像公元4世纪的时候，这块大陆还只是从阿尔卑斯山到喀尔巴阡山脉之间的一片广袤的密林。一只鸟在森林上空飞上几百英里也很难看见一块空地。偶尔有几块林中空地，一缕青烟会从那里升起。篝火边有几座草屋，几十个人在森林边缘来回忙碌。 西欧的土壤与中东半干旱地区分量很轻的土壤有很大的差异。西欧气候潮湿，土壤又黏又沉，耕耘十分困难。环境的特点给耕作带来了一些基本的变化，这些变化深刻地影响了欧洲大陆未来的发展。 古罗马的旧式扒犁不够坚固，耕不动欧洲肥沃但又沉重的土壤。到6世纪中期，斯拉夫农民开始使用一种更结实的新式犁。这种十字型的犁有轮子和两片刀刃。它装有“一刃竖直的刀片用来开沟，一把水平的犁头，以及一块模板用来翻土”。这种新型的犁耕起地来非常有力，使传统的交叉耕耘法失去了作用。 这种新型的十字型耕犁改变了整个农业生活的结构。十字型耕犁很沉重，需要把8头耕牛编成一组才能带动。既然没有任何农户拥有这么多耕牛，那就必须把牛集中起来共同使用。同样重要的是，使用新式犁以后再把土地划成私人占有的小块就不合算了。这种又大又沉的耕犁最适合在大片空地上使用。这两个原因使集体耕种成了北欧封建领地大部地区的基本模式。 到公元9世纪，十字型耕犁已被引入欧洲大陆许多地区。由于它特别适合耕种河谷地区的肥沃土地，因而导致了大片低地森林的毁灭，因为人口不断增长使越来越多的森林被开发成为耕地。 十字型耕犁问世以后，又出现了两项新的技术。在北欧的一些土壤肥沃地区，人口的增长不断加快，这就迫使收成也必须相应地增长。三熟循环制就这样取代了传统的两熟制。两熟制让一半耕地休闲以恢复土壤的肥力，而三熟循环制却只让三分之一的土地休闲。后者有几个优点。首先生产力提高了三分之一，其次耕耘总量又减少了九分之一。当然，这种近期内增加收成的做法只是加快了土壤肥力的消耗。通过土地使用率的提高，三熟制加快了土壤能量的耗散过程以及熵的过程。 三熟制还使马匹代替耕牛成了可能。马的工作速度是牛的两倍，但除了草之外它还要吃谷物。由于采用三熟制而增加的耕地提供了能用来喂养用于耕地的马匹所需的剩余燕麦。但在有效地使用马来耕地之前，人们还必须完成三项技术改进。到公元11世纪，现代的马轭已开始使用，铁制的马蹄已经发明，那种一前一后纵列套马的方法也日趋完善。这三项技术使马队能拖动更重的十字犁，从而使耕种的速度大大加快。 十字型耕犁、三熟循环制以及马匹的使用，大幅度地提高了现有土地的生产能力，并激励人们去开发更大面积的土地。公元9～13世纪的农产品剩余，导致了人口的急剧增长。人口的增长反过来又迫使人们过度开发已有的耕地，并且毁灭了更多的森林。每一个熵的重要分界线到来之前总要出现的那种恶性循环已经开始。技术的进一步完善增加了能量流通和人口的数量，加快了熵的过程。到14世纪中叶，一个熵的分界线终于到来了。人口的增长超过了能源基础所能承受的程度。土壤侵蚀和木材短缺严重地威胁着西欧和北欧人民的生活。到12世纪，欧洲的部分地区引进了风车(水车使用更加普遍)，从而挽救了本来已不能再使用的土地。但这么一来森林更加减少，人口更加增长。 虽然林地的不断开发大大减少了有用木材的贮备，但真正导致木材恐慌的却是高度发达的商业活动。新兴的玻璃和肥皂工业需要大量的草木灰，然而对木材需求最大的是制铁工业和造船业。到16世纪和17世纪初叶，英国木材危机已经十分严重，结果成立皇家委员会来管理森林的砍伐。委员会的条例无济于事。与15世纪末期的木材价格相比，17世纪30年代的木材价格上升了两倍半。 人们用来解决木材危机的办法是煤炭。但它不仅是一种能源基础代替另一种的简单问题。既然欧洲的所有文化已被统一在一种以木材能源为基础的生活方式之下，那么这个变化就必然导致整个生活方式的急剧变化。人们的生产、衣着、旅行等行为方式，以及政府的统治形式，都经历了天翻地覆的变化。这场危机是在13世纪亨利二世时代的英国爆发的。纽卡斯尔城的木柴告罄，有人活活冻死。于是国王恩准百姓改用煤作为能源。 教皇皮厄斯二世于15世纪记录下了他出访苏格兰时的情景。他吃惊地发现衣衫褴褛的贫民排在教堂门口“接受教堂施舍的黑色石块，然后心满意足地离去。他们燃烧这些黑色石块，来代替他们国家所缺乏的木材”。到1700年，煤开始取代木材成为英国的能源基础。不到150年西欧许多国家也都用起煤来。 如今我们把煤取代木材看成是一个飞跃，是进步势力的巨大胜利。可当时的人们却不是这样认为。煤在当时受到鄙视，是劣等能源。煤很脏，带来了大量污染。1631年埃德蒙·豪斯哀叹道：“人们只能以煤取火，殷实之家亦不例外。” 煤比木材更难开采、加工，因此把它转化到有用状态要耗费更多的能量。这一点也可以在热力学第二定律的作用中找到答案。世界上的有效能源不断被消耗掉，而最先消耗的总是最容易得到的能源。后一个能源环境所依赖的能源总要比前一个能源环境的主要能源更难获得煤的。开采和加工比树木的砍伐更困难。而石油的开采和加工还要困难。分裂原子以获得核能就更麻烦了。 我们一贯理所当然地认为历史进程的飞跃是由于某一个人找到了更有效的方法。殊不知这些所谓的有效方法实际上只是为了适应更为贫瘠、严酷、更加难于利用的能源环境而找到的不同出路而已。就像威尔金森所提到的那样，每一种新的方法最终需要更多的功(或能量)——即使做功的是非人类能源。蒸汽机的发展就是一个很好的例子。 学校教员讲起工业革命时总是说：有一天一位叫詹姆斯·瓦特的年轻天才正在他的车库或什么地方敲敲打打，忽然发明了他称之为蒸汽机的那个小玩意儿。全世界很快就知道了这个发明，于是一眨眼工业时代就轰轰烈烈地到来了。从来没有人告诉我们早在公元前3世纪希腊人希洛就已经设计了一台蒸汽机。只是因为希腊人有的是奴隶，并不需要蒸汽机来干活，因此它只是成了宫廷玩具。且不说希腊人怎么样，让我们来看一看现代蒸汽机发展背后的真正原因。这将向我们生动地表明重大的技术变革(而不仅仅是现有技术的改进)是由能源环境的变化引起的。 现代蒸汽机最初是用来开采煤矿的。为了获得新的煤源，煤矿在地下被越挖越深，因此井下通风以及如何把煤块运出矿井就成了很大的问题。17世纪的煤矿还面临着另一个困难。当煤矿挖到一定深度时，就碰上了地下水，于是人们又必然考虑排水的问题。所有这些问题都需要有一个技术来解决。于是蒸汽机就应运而生了。一个叫托马斯·萨弗里的人于1698年获得了第一台蒸汽水泵的专利权。 蒸汽水泵不过是直接产生于新的煤炭能源环境的一连串机械发明中的第一个。蒸汽水泵的发明刚刚解决了采煤问题，马上又出现了一个同样棘手的问题：如何将煤运送到分布在全国各地的市场上去。用马车在陆地上运送十分沉重的煤不甚方便。英国当时的大部分道路还没有铺上路面，煤车的重载会在泥地上留下深深的车辙，一到雨天就成了泥沟，根本无法通行。同时由于耕地奇缺，不能生产足够的庄稼来同时养活人和马匹，于是喂养运输马匹的费用就变得日益昂贵。为此人们发明了蒸汽机车和火车路轨来解决运输危机。与蒸汽水泵一样，蒸汽机车是人们用来对付新的能源环境的技术措施。蒸汽水泵和蒸汽机车同时为接踵而至的工业时代奠定基础。 与木器时代的斧子、马匹和车辆相比，蒸汽水泵与蒸汽机车的耗能技术要复杂得多。然而当时的能源环境也要严酷得多。在整个历史发展过程中，科学技术的重大变化总是呈现出日益复杂，能量消耗越来越大的趋势。每一次重大的环境变化都趋向于采用更加稀少的能源。 每一种新的环境的产生不仅意味着所需工作量的增加，而且每一种新的技术又往往被看成是旧技术拙劣的替代。有时人们能立刻意识到这一点，但有时人们要等到新的方法完全站住脚后才渐渐明白过来。就拿罐头食品和盒装食品来说吧，尽管加工食品曾在很大一段时间内被誉为更优越的食品，但，要是今天人们能够在加工食品与新鲜食品之间作选择的话，很少有人会挑选前者。生产加工食品要比生产传统食品需要多得多的能量或工作量。