熵视野里的可持续发展，本文主要内容关键词为：可持续发展论文,视野论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
1987年，布鲁兰特夫人在《我们共同的未来》中首次提出了可持续发展这一概念，这一概念是针对现代文明带来的各种危害到人类生存的恶果而提出来的一种新的发展观——“既满足当代人的需求，又不损害后代人的满足其需求的能力的发展”。要实现可持续发展，必然要牵涉到人与人、人与自然的关系问题。可热寂说显然提供了一种相反的可能：整体世界将不可逆转地江河日下，最终系统走向混沌、无序、热寂。熵是热力学定律里面用来描述能量这种走向的量。
1 热力学第二定律与熵
对于一个孤立的热力学系统来说，热总是从高温部分传到低温部分直到温度相等为止，而且决不会向相反的方向进行，这就是热力学第二定律。熵是用来描述能量转化和转化方向的量，是德国物理学家克劳修斯于1865年提出来的。他将熵的增加与热量和温度的增加联系起来。熵和热一样体现了系统内部的离散倾向，从热力学观点看系统熵的变化dS与系统的温度T和热量dQ之间具有如下关系：dS＝dQ／T。所以热力学第二定律又叫“熵增原理”。
1872年，物理学家玻尔兹曼提出了熵概念的统计解释，可用它来定量地描写热力学第二定律。
1969年，普利高津提出“开采”熵，一扫熵只能增大而不能减小，世界只能退化而不能进化这一笼罩在熵理论天空上的乌云，他认为，一个热力学系统的熵变化取决于内外两个方面，即dS＝d[,i]S+d[,l]S。其中d[,i]S为系统内部的熵变，大于或等于零，但不能小于零。d[,l]S为外界流入或流出系统内的熵流。是系统与外界之间的熵的交换，可正、可负，也可为零。这样，系统的熵产生不再是一味地增大，也可能出现熵变小的情况。从而为进化、发展开阔了天地。“开采”熵不仅是一个状态量，同时也是一种迁移量，赋予熵以新的含义。[1] 普利高津在“开采”熵的前提下，着重研究了系统有机结构的形成机制，即“耗散结构理论”。而对宏观上熵流迁移规律，则是日本物理学家槌田敦发现的。他指出开放系统中，维系系统总体低熵到高熵的不断流动，使系统内的高熵被不断排出系统外，从而才使得系统的生命不息。
2 自然、社会的熵阐释
2.1 自然本性的熵阐释
1854年，英国科学家开尔文就首开熵理论宇宙之先河。两年后，德国科学家亥姆霍兹系统地提出了后来成为典型的以熵理论为基础的宇宙理论。他们的“热寂说”断言宇宙正在逐渐衰亡，宇宙的熵最终达到最大值，这时的宇宙就会进入一个死寂的永恒状态。1884年英国新剑桥学派的霍依尔等三位科学家提出，虽然宇宙是在明显膨胀，熵不断增大，然而却可以通过从“外界”输入负熵来避免热寂。但是，种种观察和实验表明，它有着不可克服的缺陷。60年代的天文学家们在探测宇宙中古往今来的所有无线电源时发现，在遥远的过去时代的无线电源要比现在多得多，它说明体系本身在衰减。这一事实有力地支持了另一种以熵理论为基础的宇宙学说——大爆炸理论。这一学说假设一个密集的能源的大爆炸是宇宙的起源，当这个稠密的能源不断向外膨胀时，它的膨胀速度逐渐减慢。当这个能源继续膨胀消散时，它越来越失去原来的秩序，最后达到最大值的熵，即达到热寂的热平衡状态。宇宙大爆炸学说符合熵理论，它断言宇宙从有序状态开始，向无序状态发展。
自从熵理论出现以后，生命本质的探究也开始纳入物理学家的视野。1944年，奥地利物理学家、诺贝尔奖获得者薜定谔写了一本轰动一时的书《生命是什么？》。书中指出“所有的生命，是依靠从它周围的环境中不断地吸取自由能，也即摄取负熵而得以生存的……，也就是说，生物不破坏周围环境的秩序，并将负熵不断地吸收到自身体内，就不能生存。”[2]
生命本身不是封闭系统或孤立系统，而是开放体系，因而它存在与外部环境的物质和能量的交换，这种交换的意义就在于维持生命系统整体的低熵水平。如果生物体内的物质和能量达到生态平衡状态的话，就意味着生命现象的中止，生物体的死亡。如果从开放系统，非平衡热力学的角度研究，就会得到这样的结论：生命体是一个非平衡热力学体系，它从外界摄取低熵物能，然后通过体内的各种物理化学等反应，将其变成高熵物能，排出体外，生命的持续，就是依靠废弃熵过程的持续不断。同时，也正是由于生命体的不辍熵流，使其成为生态大循环，才能从根本上保证生命系统的生命不息。人类生存所面临的危机，概都源自熵循环的破坏。
2.2 社会发展的熵阐释
社会运动是人的社会实践的运动，与自然物质运动有着质的区别。但是，这并不意味着社会是一种超自然的、反自然的存在，它与自然之间还存在着内在统一性。从社会与自然统一的视角探讨社会发展的规律性，也是社会发展理论的一个重要方面。
根据非平衡热力学，社会也是一个远离热力学平衡的开放系统。它要保持向上的、不可逆的时间之矢，就必须从外部自然环境获得必要的有效能量。首先是“食物能”。在这一点上，人与其它异养者生物一样。对非“食物能”的需要，是人区别于其他动物的最显著特征之一。主要指人的穿、住等到生活需要以及从事各种社会实践活动的需要。人的实践活动的根本特征之一是制造和使用工具，而劳动工具的运用，主要来自身外自然力的推动，而非来自人的体力，因而它所需要的能量主要来自非食物能量。随着社会的发展，人的实践活动及其社会组织也越来越复杂，人也就越来越远离动物界，社会所需要的非食物能量所占的比例也就越来越大。
社会运动所需要的能量最终来自周围的自然环境。社会同生物一样，要维持自身的存在与进化，都必须同外部环境进行物质能量交换。人与自然之间的能量交换是通过物质生产进行的，这是人类特有的物质能量交换方式。自然界提供的天然的能量形式往往不能直接为人所用，人只有通过自己的生产活动改造自然物，能量才能被利用，它只能从一种形式转化成另一种形式。当一种形式的能量在生产活动的结果出现时，它意味着在环境中失去了相应的另一种形式的能量。在热力学视野中，所谓社会关系，也是发生在个人、集团之间的能量流动、分配和交换关系。当有效能量通过生产活动进入社会机体以后，就要流经社会机体的每一个部分，最后被耗散掉，作为高熵物能排放到环境中。这就涉及到社会摄入的总能量在社会的各个部分以及在社会中的个人、集团之间如何分配的问题。所谓所有制关系，就是不同阶级、集团对能量转换器的占有和支配关系，就是谁占有和支配着能量的转化工作。为了满足个人对各种能量的全面需要，就必须进行能量交换。所谓产品交换，从热力学看，是一种能量交换。正是通过这种交换，使不同的个人建立起一种内在联系，使社会成为一个有机整体。
3 可持续发展的熵阐释
热力学第二定律的本质，在于指出热力学系统中存在着其内部粒子的自由随机运动不断扩张的趋势，它造成系统能量降价式转换。在这转换过程中，不是能量本身的转化能力不断丧失，而是系统与环境所具有的转化条件不断递减，也即未被系统中粒子的随机运动占领的可能微观态范围不断缩小。
但是，自然界除掉自由随机运动之外，还有事物间的相互作用力所造成的决定论过程。
正是物质间的相互作用力造成系统的各微观态之间的“对称破缺”，从而制止或阻碍各结构单元的某些可能的微观态的出现，促使另一些状态出现，由此限制或反抗热力学第二定律所描绘的熵增过程。首先是万有引力，以及起吸引作用的其它机制。与物质能量不断趋向均匀分布的随机过程恰好相反，万有引力导致物质能量不断集中，形成宇宙物质的不均衡分布。正如普利高津所说：“引力应被看作宇宙中基本的组织因素，促成了从平衡到非平衡的通道并使微观事件能以这种方式在整体的标尺上表现自己。”[3]其次是电磁力，以及类似的既有引力、 又有排斥的相互作用力。如果热力学系统中的各结构单元是带电体或磁体，那么，它们之间的相互作用力将制止某些排列出现，造成对称破缺，从而限制系统朝着熵最大的方向发展。再次是量子力学的泡利斥力，以及其它不相容性斥力。现实世界既非单纯的自由随机运动构成的非决定论世界，也不是由物质间相互作用力构成的决定论世界，而是两者的辩证统一，构成世界生生不息的发展。
同理，由上可得出，其实熵定律所描述的自发的能量转换条件丧失过程所经过的道路可分为两类：无结构的线性耗散道路和有结构的非线性耗散道路。在“无结构的线性耗散道路”上，自由随机运动无阻碍地迅速占领自由可能的微观态，系统的熵直线增加，系统直线式走向热平衡态。当被耗散的能量一旦通过高度不均衡的有结构的事物，便会引起其内部的反馈式相互作用，于是进入“有结构的非线性耗散”。其中进行耗散的结构，即“耗散结构”。如果说阳光直接均匀地晒热沙漠中的砂子，是无结构线性耗散过程，那么阳光晒在绿色植物上，被植物吸收，则是有结构的非线性耗散过程的生动表现。
德国科学家艾根创立的“超循环理论”，用一种生动的结构性模型，来刻划系统如何吸收与组织正在耗散的物质能量。在一个物质变化过程中，如果反应开始时的某一反应物，同时也是反应结束时的生成物，则此物称“催化剂”，该过程必然构成“反应循环”。一个自我复制过程是一个反应循环。而由循环组成的循环，称之为“超循环”。“超循环”的伟大功劳，是把正在耗散的物质能量储存与组织起来：它从自身或从环境吸取着正在按照熵定律耗散着的物质能量，将它们纳入循环过程。于是，原来的耗散过程被中断，而被组织为循环过程中的物质能量，由此而被储存起来，并组织为更高等级的物质能量。
自然界在长期的演化过程中，产生了非线性的反馈机制，使得被耗散的能量一次次储存起来，组成超循环系统。人类出现之后，又使得这个系统的结构更加复杂。最初是农业系统，将正在耗散的太阳能储存起来，然后是工业的出现，进一步将农业系统所存储的物质能量，以及从矿物中开发的物质能量，吸收到更高的有结构的非线性耗散过程中。这样，太阳能在地球上所具有的转化条件，不是直线式地丧失掉，一下子达到熵最大状态，而是通过事物间的相互作用来对抗这种耗散趋势，储存正在耗散的能量。超循环系统所包含的层次越多，就越能抗衡自由随机运动趋势，就越能充分利用已有的能量转化条件，产生出高级形态的物质与能量。
与“热寂说”相反，正是超循环系统的不断升级，才使得自然界发展到今天。因此，人类要实现可持续发展必须走超循环之路，必须树立这样的观念：社会经济系统是整个生态——社会超循环系统的组成部分，如果人类社会世世代代都能与地球生态系统组成超循环回路，超循环过程能够顺利进行，那么发展就是可持续的，否则将不可持续。由此，我们得出关于可持续发展的如下思路：
3.1在生态——社会超循环系统中， 食物链是由一些由低到高的营养级构成的，人处于最高营养级。营养级越高的生物物种，需要越多的下层营养级能量来支撑，呈现出“能量金字塔”结构。所以，人类必须控制自身的数量，保持已经开发的、用来支撑人类文明的能量之间的相当比例，保持与其它生物物种之间的数量关系，从而使超循环过程得以持续地顺利进行。
3.2 每当生态循环圈中必备的环节（如生物物种、气候、水质、 空气等）减少、损害或消灭时，会使循环受阻甚至中断。因此，人类一方面应当禁止那些影响整个超循环系统的经济建设项目，以保护物质能量的通畅循环流动；另一方面，也要积极地完善、填补、加强生态循环圈的各个薄弱环节，如植树、建立防护林、在沙漠培植植被等等，以建立更能充分利用耗散能量的超循环体系。
3.3 发展绿色产业，使产业结构成为超循环结构。在工业时代， 人们一味追求征服自然，而不同时保护自然；一味追求自然资源加工，再加工，而不追求如何把加工的产物还原为可利用的资源。这种缺乏循环的层层加工的直线式的产业结构，注定是不可持续的，只有加上吸收和利用人类废弃污染物的绿色产业，才能使产业结构成为“超循环结构”，实现人类社会在循环中的可持续发展。
收稿日期：1999—11—02