可持续发展

一、热力学第二定律与耗散结构　　

    可持续发展是一个与我们的生活密切相关的话题。我们正在面临着一场危机，很多人包括政府官员与普通公众，都没有意识到，我们的生活可能在50年以后甚至可能在30年以后，发生巨大的转变。这个转变是会带来灾难的。我用了几年时间对山西、内蒙、新疆等能源大省进行考察，对国家公布的一些能源数据进行分析，得出的结论让我感到非常的焦虑和不安。我觉得我有责任向公众说明我们所面临的危机，以及我们应该采取的对策。　　

    热力学第二定律告诉我们，整个宇宙的自由能都处在不可逆转的耗散之中。一个杯子摔在地上，它会自动愈合起来回到桌子上，可能吗？不可能。这张纸我把它撕碎了，它能自动愈合到没有撕开的状态吗？不可能；如果要让它重新变成一张完整的纸，那就必须重新化浆，消耗新的能量。一滴墨水滴到水中，墨水会自动扩散，这个也是不可逆转的，它不可能自动退回到水墨分离的状态。世界不可逆转地趋向于混乱和无序，这就是热力学第二定律给出的时间之矢。人们把世界的混乱程度定义为熵，那么热力学第二定律也被人们称之为增熵定律。　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　    这是一个加油站，汽油加入汽车以后跑到哪里去呢？燃烧了。燃烧后的汽油能回收到加油站来再利用吗？不可能。如果说燃烧后的二氧化碳和水经过光合作用被植物固定，再经过亿万年的地质变迁成为石油，那这个过程远远超出了人类的生命周期，实际没有任何意义。这个灯光为什么会发亮？是因为有电，电从哪里来？来自于煤炭的燃烧。这就是沙岭子电厂，北京电力的主要来源。我们每天坐电梯，不是电梯自己动，是因为煤炭燃烧推着它动。电灯发亮、电梯移动，这些都是煤炭的燃烧和化石能不可逆转的耗散。　　

    热力学第二定律是在19世纪中叶由克劳修斯和开尔文发现的，他们在寻找永动机的时候，发现了能量耗散这个无法逾越的障碍。那么从热力学第二定律提出后一百多年，人们就一直感到迷惑，这个世界的自由能在不可逆转地耗散，那世界就应该不断地退化，趋于无序，那为什么我们的社会却又在不断的进步呢？　　

    很多的物理学家和经济学家一直试图回答这个问题，都没有成功。差不多一百年以后，一位比利时的物理学家普里高津，提出了耗散结构理论，才找到了问题的答案。普里高津因此获得了1977年的诺贝尔物理学奖。原来对于孤立系统来说，熵值趋于最大，有序结构会趋于瓦解；但对于开放系统来说，因为不断有能量输入，系统就可能会进化。为什么呢？因为自由能的积累会使得系统处于“远离平衡态”，系统的基元通过“涨落”和“试探”，会自发地去寻找到将能量耗散出去的方式，并形成一个有序的“耗散结构”。——这就是普里高津所阐述的“通过涨落达到有序”的原理。　　

    举个很简单的例子，譬如一个装了水的漏斗，在静态情况下，水分子是做无序的布朗运动，我们无法观察到。但把漏斗的嘴打开，水在下泄的过程中，会自发地形成一个旋涡，形成一种有序的集体运动！这个漩涡就是一个耗散结构！没有水流的自由能耗散，旋涡的结构就会瓦解。那为什么这个水分子会组织起来形成旋转运动呢？就是通过“试探”和“涨落”，水分子突然“发现”，如果它们能够以旋涡的集体运动而下泄的话，水流的速度会快得多！　　

    所以耗散结构的有序是以自由能的耗散为前提的，它并不违背热力学第二定律。生态系统的进化也一样，必须依靠太阳能的耗散，没有了太阳能，就没有光合作用，所有的物种都不能生存，生态系统必定瓦解。从植物到动物到高等动物，太阳能都沿着食物链以每一级10%的比例迅速地衰减耗散了。　　

    我们知道地球上本来没有人，甚至连生物都没有，在46亿年之前的原始海洋中，为什么能够产生出原始生命，并且会不断进化？没有人也没有上帝去促进这种进化，这种进化完全是自发的，所以生命的诞生其实就是太阳能耗散过程中自发形成的耗散结构。生物种群和生物群落的形成也同样如此。我们看到在一块岩石上，本来就没有任何生命能够生存，但有一种蓝藻和真菌结合在一起，蓝藻进行光和作用，真菌吸收岩石里的无机盐，他们彼此互相协作，形成一种能够利用太阳能的叫“地衣”的共生体，这就是一个最简单的生物群落型耗散结构。　　

    人类社会也是一个耗散结构，因为社会的进化和生物的进化是一脉相承的。一直到有了工业文明，社会才发生了质的转变。什么质的转变呢？这就是瓦特发明了蒸汽机，使人类开始了对化石能的耗散。我不同意原始社会、奴隶社会、封建社会、资本主义社会的划分方法，从对能源利用的历史来讲，人类社会应该分为史前社会、农业社会和工业社会更准确一些。农耕文明是利用太阳能，工业文明是利用化石能。工业社会应该是从蒸汽机的发明开始的，人类在短短200年中，创造了超越过去200万年财富的总和。这是为什么？200年相对于人类历史的200万年，仅仅是一个瞬间，这个财富就爆发出来了，就是因为化石能，才推动了工业文明的诞生。　　

二、中国的煤炭40年用完　　

　　　我们享受着工业文明所带来的种种好处，我们的衣服来自于化学纤维的纺织，要消耗化石能；我们吃饭要依靠化肥、农药，也离不开化石能；我们使用的电脑，它的芯片运转也离开不了化石能。——那么问题也就因此而来。这是在人民大学南门北三环上拍的一张照片，那么多的汽车，灯火辉煌，那么灿烂！大家有没有想过，突然某一天，我们眼前的这种兴旺景象会不再存在？北京的夜晚没有灯光，一团漆黑，汽车变成一堆废铁，需要人推着才能走？　　

　　　我们看看中国能源的结构，这是生产结构，70％的煤炭、17.2％的石油、3.2％的天然气，这三者加起来，我们对不可再生能源的依赖超过了90％。这是中国能源的储量结构，可再生的水能以100年计，只占总量的9.5％，其他都是化石能。也就是说，若干年以后，当化石能枯竭的时候，现在的工业文明成果，有90％将不能运转！　　

    化石能的消耗能够持续多久？如果按目前的速度下去而不加以抑制的话，可能几十年，中国的煤炭就会用完。我跟很多中国顶尖级的能源专家都讨论过，说化石能用完了怎么办？他们都认为人类总会有办法的。　　

    中国的煤炭资源1886亿吨，这是国土资源部公布的可开采数量。现在我们年消耗19亿吨，可以用100年。但问题是，据发改委的可靠消息，现在全国已经上马的电厂装机容量达3亿千瓦！而我们已有的整个装机容量也不过3亿多千瓦，当这些电厂建成投产之后，中国煤炭消耗将增加到每年32亿吨，60年就可以把我们的煤炭全部用完。　　

    这还是乐观的估计，国土资源部1886亿吨的储量是如何得出的，公众都不清楚，但即便这个数据可靠，那么考虑到动态的开采效率，这个数据是要打折扣的。中国目前的煤炭开采效率是32％，但实际上一些小煤矿回采率只有15％！如果考虑煤炭开采率会不断下降，以及无序开采的问题，这1886亿吨煤炭可能40年或者35年就会被用完。　　

    这是非常真实的危机！如果你认为这是危言耸听，那危机就会真实地降临！不停掉现在在建的3亿千瓦燃煤电厂，30多年以后煤炭就会被我们用完！　　

    2040年大家50来岁的时候，再到人民大学相聚，走进这屋子里，是黑洞洞的。我讲话大家也听不见，没有麦克风；笔记本电脑用不了，因为没有电。这是中关村的标志性建筑数码大厦，有35层高，2040年我们必须爬到35楼去上班，因为没有电梯。爬上去以后，发现屋子里是黑的，厕所是臭的，因为水抽不上来。爬上去得花一个小时，然后肚子饿了又得爬下来。这数码大厦还有什么用呢？真是没用了，一片废墟！　　

三、可再生能源无法替代化石能　　

    有人说，可以发展可再生能源，可以发展核能。可这根本解决不了问题！中国现在核能只占1％的比重，如果装机容量扩大十倍就会造成铀的短缺，要进口的话那是非常敏感的，别人不会卖给你。还有核废料的问题，辐射污染可以持续一万年，非常麻烦，人类如果受到铺天盖地的核辐射的伤害，很快就会灭绝。　　

    那么核聚变，第一是不可控，第二是不安全。至少目前还看不到核聚变可控的希望。那么即使将来核聚变可控了，那也是不安全的。对核能的利用，就好像是把人类绑在了一个火山口上。有人预言，在人类将来的某一天，或许是一次小小的事故，或许是一次恐怖活动，或许是一场战争，仅仅是一个瞬间，整个世界就全完了。——没有赢家，没有输家，也没有见证者。　　

    中科院的何祚庥院士是一位德高望重的能源专家，他搞了几十年的核工业，结论就是核能不可能解决中国的能源问题，中国的发展只能靠可再生能源。而另一位蔡睿贤院士则认为，可再生能源与矿物能源是无法比的，风能和太阳能都太昂贵，人们无法接受。