熵妖现象

石油和煤赋予工业社会活力,出现机器文明:也带来危害,导致熵增。石油危机曾导致西方经济危机,这是“经济熵”;石油和煤的燃烧导致生态危机,这是“生态熵”。熵好像妖魔,一直被禁闭在瓶中,现在终于从瓶中逃出来。据说瓶子是所罗门封住的,妖魔怎么会逃出来呢?过去是贫穷的渔夫把它放出来的,现在是能量的法力在呼唤它,它就化成熵从瓶中冒出来。这是一片黑熵,它笼罩着大地,任意侵害生灵。

能量的法力就在于化石燃料。石油和煤都是化石燃料,既可提供能量, 又使熵增。越是大量使用化石燃料,熵就愈增,以致熵妖形毕露,张牙舞爪, 要吃人,非常可怕。

什么是熵?前面简略提及。熵增是生态危机的根源,因此有必要进一步地了解它,认识它。

大家都知道物理学上的能量守恒和转化定律,这也就是热力学的第一定

律,但不太熟悉热力学的第二定律及其适用范围。法国物理学家和信息论学家、美国国家科学院院士 L.布里渊在 1949 年说过:“从第二定律所得出的答案往往不可捉摸,总是有点像女巫所说的话。”因此,艰难理解它的深刻内涵。

热力学第一定律是说,系统的总能量保持恒定,而能量的形式可以转化。因此,可以充分利用能量,它法力般地创造了空前巨大的生产力。

热力学第二定律是说,孤立系统的熵不能减少,熵总是趋于增大。这就是说,虽然能量的总量守恒,但能量的“质”不守恒,而且逐步下降。例如, 电池充电密封之后,过一段时间便失去原有功能;除非再充电,补充能量, 抵抗熵的增长,恢复原有的功能。燃烧的热辐射出去,如同泼出去的水,很难再收回来,很难让它重新聚集起来。根据热力学第二定律,孤立系统的温度总是由高到低,最后各处的温度都一样,达到热平衡,乃至“热寂”。

热力学第二定律表明,能量流具有方向性:从有效到无效,从有序到无序。无效能量的增多,系统的紊乱就是熵士增。

熵的增加就意味着有效能量的减少。每当自然界发生任何事情,一定的能量就被转化成了不能再作功的无效能量。被转化成了无效状态的能量构成了我们所说的污染。许多人以为污染是生产的副产品,但实际上它只是世界上转化成无效能量的全部有效能量的总和。耗散了的能量就是污染。既然根据热力学第一定律,能量既不能被产生又不能被消灭, 而根据热力学第二定律,能量只能沿着一个方向——耗散的方向——转化、那么污染就是熵的同义词。它是某一系统中存在的一定单位的无效能量。

热力学第二定律解释了这个现象。它告诉我们每当能量从一种状态转化到另一种状态时,我们会“得到一定的惩罚”。这个惩罚就是我们损失了能在将来用于作某种功的一定能量。这就是所谓的熵。

严格地说,地球不是孤立系统。孤立系统是指与外界既无物质又无能量交换的系统。地球是封闭系统,虽然与外界没有物质交换,但有能量交换。太阳能辐射大地,提供负熵,维持生态系统。生态系统是开放系统,与环境既有能量的交换,也有物质的交换,还有信息的交换。如果环境遭到破坏, 那么环境所提供的负熵就不能抗衡熵增,就会出现生态危机,这可称为生态熵。

工业社会充分发挥热力学第一定律的作用,按照自己的意志实现了能量的转换和利用,掀起一次又一次的能量革命,魔术般地创造了史无前例的生产力。然而,热力学第二定律却不以人的意志为转移,照样无情地导致熵增。可是贪心的人们长期不醒悟,毫无节制地开发能源、利用能量。现在到了醒悟的时候了。

当你觉醒的时候,你就会想到渔夫的命运:他奇迹般地战胜了妖魔。他是怎样战胜妖魔的?对我们又有什么启示?

当妖魔要弄死渔夫时,渔夫对妖魔说,我不相信你这样的庞然大物,怎么会是从瓶中出来的?妖魔说,你不信我就钻进去给你看。渔夫赶紧盖上瓶盖,制服了妖魔。

尽管熵妖不会自动变小,但这个故事告诉我们:智慧能战胜法力。只不过我们要比渔夫有更高的智能,才能对抗更大的熵妖。这里需要逆向思维: “道高一尺,魔高一丈。”

既然可以制造能量转换器——机器,也可以制造智能转换器——智能机器,实现智能的转换和利用,发展节能低熵的技术。如果说蒸汽机法力般地创造了工业社会,那么智能机就会奇迹般地创造智能社会。