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“大自然的报复”与热力学定律

2007-12-26 来源:中华读书报 作者:刘堤地 我有话说

人类从远古走来,按照自己对这个世界的认知和理解一路走来。然而人类可能没有意识到,当我们的祖先走出森林,走向广阔的原野,利用简陋的石器成为以猎杀其他物种为生的万物通吃者时,人类就已经在某种程度上成为生物圈中各个物种间制衡关系的破坏力量。二万年前发生在北美大陆的大型动物灭绝事件就是这种力量肆虐的

结果。

如果我们的祖先仅仅到此为止,整个自然界的人为生态灾难也许会和地球自然界的变化保持同步处于缓慢渐进的状态。但是,随着人口压力的增加,我们的祖先大致在一万五千年至一万年前,迈出了由原始采猎经济社会向农耕经济社会转型的重要一步。迈出这一步的基础是人类发展出了农耕技术。从这时候开始,地球的人为变化悄然与自然变化叠加,共同促使地球生态环境变化加速。

但是,事情到此并没有终结。接下来在大约300年前,人类社会发展进入了所谓第二次浪潮,即工业革命浪潮。造就工业革命的原因是多方面的,但最基本的原因应该是技术的进步,反过来,工业革命浪潮带来的一个直接成果就是技术的不断创新。由于忽视了技术发明会给我们带来长期的、隐性的和积累性灾难的一面,从而使我们陷入环境危机、生态危机和社会经济危机。

以上所说,决不是危言耸听。在以往出版的图书当中,我们已经关注到了这样的科学事实。例如,在《我们被偷走的未来》一书中,科尔伯恩就提到了低浓度的DDT作为类激素污染物的作用:导致雄性动物生殖腺的萎缩,可能导致人类精液中成活精子数量的减少。就是这样一个污染物,DDT恰恰曾经作为20世纪最伟大的发明,可以给农业生产带来无限光明的技术而被各方面人士大力吹嘘,其发明者还被授予了诺贝尔奖!

今天,当我们坐在舒适的汽车里,又有谁还会去想一想从汽车排气管里排出的废气会带来大气的温室效应?!当我们用名贵的木材装饰自家房屋时,又有谁还会去想一想森林遭砍伐后所造成的山体滑坡、水土流失,还有因此而引起的大范围的洪涝灾害?!当我们在互联网上互通信息、聊天、打游戏以致寝食俱废时,又有谁知道在硅谷的地下水中已经检测出生产电脑时使用的有毒化合物?!

诸如此类事件,我们常常将之归因于大自然的报复。如果作进一步的思考,那么为什么大自然会对人类予以报复?是不是我们的行为有悖大自然的规律呢?

美国南加利福尼亚大学实验物理学博士、喷气推进器实验室工程师、加利福尼亚州立大学北岭分校计算机科学专业教授杰克・霍金凯(Jack.Hokikian)认为,这一切均可以从热力学第一定律和第二定律中找到答案。为了帮助人们全面、准确地理解这两个定律,霍金凯先生花了将近20年的时间,收集了大量资料,写成了《无序的科学》一书。

在这本书里,霍金凯博士认为,在今天变幻莫测的世界里,许多技术、理论、意识形态、时尚和信息都迅速过期、被摈弃。而热力学定律却长盛不衰、保持稳定,不仅经受了时间的检验,而且随着越来越多实证数据的积累而变得越来越有说服力。

第一定律是能量不灭定律。意思是宇宙中的能量的总量是恒定不变的,是一个恒量。这喻示宇宙中的能量既不能创造也不能被消灭,但是能够从一种形式转换成另一种形式。俗语“有失才有得”就是源于此定律。

第二定律是关于熵的定律。它规定在所有过程中熵的增加是不可逆的。物理学家把熵作为度量一个热力学系统无序状态程度的量度单位。如果用经济学术语来说,第二定律可看做自然界的一个强硬的收税员,它索要的税款取自于由热力学系统无序状态增加而导致的我们所有活动。由增加熵,也就是通过税收,第二定律控制和指挥宇宙所有运动过程继续进行的方式、途径。因此,第二定律在所有自然定律中享有最高地位,对第二定律我们应从全局的、整体的角度理解。

虽然热力学定律能够帮助我们理解并解决今天所面临的、特别是那些由人类自己制造的问题,但热力学定律――包括热力学原理中重要的、具普遍意义的不可逆概念,如自然过程的不可逆性――一直没有受到应有的重视。试想我们如果将人类世界置于一个由人类本身控制的可逆(能进行一系列向前或向后变化的)系统,而不是一个受热力学定律约束的不可逆系统来进行观察,由此而得到的观察结果误差会有多么的大。

一旦掌握、熟悉了热力学定律,许多早前不可理解的现象和似是而非的观点就会豁然开朗。人们会明白为什么时间长河只能趟过一次,为什么人的年龄不可逆转,为什么人们的生活变得越来越复杂,越来越不确定,为什么人类将经历“未来的冲击”,为什么身边省时的发明越来越多而自己拥有的时间却越来越少、为什么有许多承诺和期望没有兑现。同时我们也能预知未来的危机。

为解决当前各式各样而又互相联系的问题,需要认识最通用、最基本的自然法则,这些法则可应用到所有活动和过程之中。如果我们找到并熟悉这些法则,我们就拥有了一个讨论并解决经济、管理、教育、健康状况、交通、技术和生态等一系列急迫问题的基础。霍金凯先生的《无序的科学》从热力学第一、第二定律出发作出的思考的重要性正在于此。

《无序的科学》,[美]杰克・霍金凯著,王芷译,湖南科学技术出版社2007年8月第一版,30.00元

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