可持续发展时代

可持续发展时代——论宇宙和人类社会中组织及规律的可持续发展条件及对未来的预测徐朝《易经》：复，其见天地之心乎！《黄帝阴符经》：天人合发，万变定基。中国在《二十一世纪白皮书》中提出了中国二十一世纪可持续发展的总体战略、对策以及行动方案。在发达国家的带动下，世界各国也都在紧锣密鼓地进行可持续发展的研究和实践。在人们的心目中，可持续发展似乎就是环境保护、控制人口等等。可持续发展真的就是这样简单吗？可持续发展究竟要把人类带向何方？笔者在这篇文章里提出了宇宙中自组织及其运动规律的可持续发展条件，并援引人类社会中组织和制度的可持续发展条件，在两者的基础上得出结论，认为人类即将进入一个有史以来最辉煌的时代——可持续发展时代。一、宇宙由热力学第二定律我们得知，虽然能量是守恒的，但所有的能量转化都是不可逆的，都会产生作为热量而出现的不可逆的能量耗散。比如机器作功，人体运动等，都会产生热量，而这些热量不可能完全回收再转化回机械能或化学能。针对此性质，热力学第二定律引入了一个非常重要的物理量：熵。熵是这样一个量，它在物体作功有耗散，即有热量散失的情况下不停地增长，当所有进一步作功的潜力都已耗尽，它就达到了极大值。按照热力学第二定律，在一个孤立系统中自然发生的任何过程，都一定伴随着系统熵的增加。当熵达到它的极大值时，这时系统处于它最无序的状态，系统已耗尽了它所有发生变化的能力——它已达到了热力学平衡。举个例子，一杯咖啡里加入牛奶，搅拌一下，咖啡杯里会出现无数复杂的咖啡色、白色相间的花纹旋转着。最终，由于搅拌咖啡的机械能一方面作功，一方面摩擦转化为热能耗散掉，咖啡杯中的液体运动逐渐停下来，成为平静的淡咖啡色的浑沌的液体——达到了热力学平衡。我们身处的宇宙也是如此。宇宙中的能量在作功过程中不断转化为热，最终宇宙中将没有可供作功的能力，宇宙就达到了被称作“热寂”的死亡状态，宇宙中的一切运动都停止了。宇宙的热寂是宇宙无法避免的，最终将达到的状态。系统熵随着时间流逝只会增大不会减小。这里引入熵速度这个概念，熵速度即系统熵增大的速度,是单位时间系统的熵量。很明显，某系统的熵速度越大，该系统就会越快进入热力学平衡。如果宇宙的熵速度极大，宇宙刚刚诞生，就会在瞬间消耗掉所有的作功的能力，能量都转化为废热，达到热寂，人类也就不会出现了。那么，熵速度与什么有关呢？举两个例子就可以说明熵速度是如何被影响的。人类采集石油，燃烧供动力使用。石油的化学能转化成机械能作功，其中一部分转化成热能耗散掉了。这些热能耗散从整个宇宙来看虽是微不足道的，但却使宇宙的熵速度增大。树木吸收太阳的光能，把它转化为化学能储存起来，使光能不致变成无用的热能耗散掉（例如太阳光照在沙漠上），使宇宙的熵速度减小。这两种系统都属于自组织。所谓自组织，就是在远离热力学平衡时出现的，多种元素形成的高度有序协调的组织。自组织的概念涵盖面很广，举凡天体，动物，空气等等，都是某种自组织。我们平常喝的水，也是两个氢原子和一个氧原子形成的自组织。而原子本身又是原子核和电子组成的自组织。一个复杂自组织可能是由无数个小的自组织组合而成。可以说，我们的宇宙，是一个由无数自组织组成的世界。我们说某一系统达到热力学平衡，只能说是相对于某一层次上没有自组织，但划分到系统的最小单位上还是由自组织组成的。由上例可见，自组织对熵速度有影响，一种自组织使熵速度增大，一种自组织使熵速度减小。自组织的运动规律也会影响熵速度。例如人类使用太阳的光能及风能、水能代替石油等化学能的努力，最终会使宇宙熵速度减小。自组织在一系统中是有其发生、发展直至灭亡的过程的。有的自组织出现后会持续不断地生存壮大下去，例如树木。有些自组织会逐渐消亡，例如恐龙等。自组织及其运动规律的可持续发展条件是什么？我们以人类社会和森林这两种自组织为例。到目前为止，人类社会是典型的使宇宙熵速度增大的自组织。人类为了生存和发展，广泛地使用化学能，污染环境，破坏植被，在自己发展的同时使宇宙熵速度增大，破坏了生态平衡，也使自身的发展受到了严重的限制，到目前已经出现了“生存危机”。专门研究世界性问题的罗马俱乐部指出，人类如不改初衷，照如此发展下去，不出百年就会遇到“生长的极限”，各种资源消耗殆尽，环境污染达到令人无法容忍的程度，人类文明面临大倒退。而森林这种自组织，将光能转化为化学能储藏起来，这一过程一方面使熵速度降低，另一方面森林由于储藏了化学能，其本身就成为了地球上其他生物必不可少的养料和食物。森林在光和作用过程中，每年又释放大量氧气，从而补偿了呼吸和燃烧所消耗的氧。总之，由于森林的种种有利于其他生物生存发展的特性，已成为生物圈中不可或缺的角色。森林越多，地球环境就越好，就越有利于地球上其他生物生存，这已成为人们的共识。而这一切，都是由于森林是有利于熵速度降低的自组织。在上述人类社会和森林两种自组织比较中可以明显看出，使熵速度增大的自组织和使熵速度减小的自组织面对着宇宙截然不同的两种待遇。可以毫不夸张地说，如果地球上的人类都死光了，没有了污染，臭氧层空洞会恢复，没有了人类对大自然的种种戕害，地球上其他生物只会生活得更好。但是如果地球上没有了森林，我们无法想象地球上其他生物将怎样生存。我们还可以看出，使熵速度增大的自组织，其本身的存在消耗着周围的有机资源，在环境的恶化过程中达成自己的进化，环境恶化到一定程度必将威胁该自组织的生存；使熵速度降低的自组织，会产生有益于周边环境的各种资源，它的存在有利于周边环境的进化，该组织越发展，就会越有利于自然界，越有利于宇宙。因此，使熵速度降低的自组织，是真正的可持续发展组织。由以上的特例推广到一般，就得出宇宙中自组织及其运动规律可持续发展条件：宇宙中的自组织及其运动规律的可持续发展，必须有助于降低宇宙熵速度。符合该可持续发展条件的自组织，称为可持续发展组织。该可持续发展条件是从特殊推广到一般的，且其涵盖面很广，包括宇宙中任意自组织及运动规律。这就需要去判断，在我们已知的宇宙的各种规律，是否支持该可持续发展条件。该可持续发展条件首先意味着，宇宙中自组织及其运动规律的可持续发展与熵密切相关。在物理学的种种规律中，熵的确扮演着一个很特殊的角色。三大经典物理学：牛顿定律、量子力学、爱因斯坦相对论，都是建立在时间无向的概念上。对于这些理论来说，记录在影片上的事件，不管影片是顺放还是倒放，看上去都行得通。然而我们所处的世界是明显不可逆的：时间一去不复回，人死不能复生，雕像粉碎不能复原。这种时间的不可逆只有热力学中的熵才能表征出来。在任何过程中，能量都要转化成热而被消耗掉；掉下来的碗碟的能量变为再也不能复原的热和声。这种不能倒过来的损失把每个时刻加以区别，宇宙是真正在演化的。因此可以说，熵是宇宙发展变化的源泉，宇宙中自组织及其运动规律的可持续性发展条件必须是以熵为核心的原则。另外，从宇宙的生成过程来看，由现代物理学可得出结论，今天的宇宙取决于一百亿到两百亿年前，一个体积为零，无限热的奇点的大爆炸。大爆炸后一秒钟，温度降低到约100亿度，此时宇宙主要包含光子、电子、中微子和它们的反粒子，还有一些质子和中子。然后，宇宙在不断地膨胀及冷却着，在这个过程中出现了原子核，原子，星系，星云等等。太阳系作为星系中的一员，年龄大约50亿年，地球存在的头10亿或20亿年，对于任何复杂东西的发展都嫌太热，余下的30亿年左右才用于生物进化的漫长过程。这个过程导致从最简单的组织到人类的形成。宇宙诞生不到一秒的时候，当时的温度高达10的27次方摄氏度，物理学家们称之为大统一时代，此时的物理正是受基本力的大统一理论支配的。后来，随着宇宙的冷却，原初的统一力化分为四种不同的力——引力，电磁力，弱作用力，强作用力。今天复杂的物理，是由原初大爆炸时的物理“冷却”而成的。在宇宙生成史中，有几方面值得注意。第一，宇宙从诞生到现在，很明显，是向着熵速度不断减小方向发展。最初时，温度无限高，体积为零，非常接近热平衡状态。越到后来，温度越来越低，体积有了惊人的膨胀，很明显，体积越大，热传导就越困难，达到热力学平衡就越难。熵速度就越低。同时，宇宙的寿命就会越长。在宇宙目前结构中，有一种体积僵持，使宇宙得以避免在它自己的引力下突然崩塌。由于宇宙物质在空间中分布得极广，所以，宇宙发生爆聚时，宇宙间的物质由自由降落到形成大崩塌（假如大崩塌发生的话）所需的时间是上百亿年。还有一种旋转僵持，使星系和行星系稳定下来，不会收缩到它们自己的中心。离心力会来对抗向里的拉力。最后，还有核力的僵持，保持了恒星内部的核燃料消耗的速度非常缓慢。宇宙处于这种稳定状态，得以在很长的天文时间里存在。物理学家弗里曼.戴森的话表达了人们的迷惑不解：既然宇宙在一路滑向最后的死亡状态，在这死亡状态中，能量的无序程度将会为极大，然而，为什么宇宙竟能象查尔斯王一样死得这么费时？第二，宇宙得以发展到今天这样的低墒速度状态，似乎是由无数巧合造成的。宇宙物理学家计算出，假如当初宇宙大爆炸的力量不那么强，宇宙便会很快在一切大崩塌中缩回去。然而，假如当初大爆炸的力量更强一些的话，宇宙物质便会如此迅速地离散开去，星系也就不会形成了。无论怎样说，宇宙现今的结构似乎非常微妙，全系于大爆炸造成的外冲力和向内的引力的精确平衡。这平衡到底有多么微妙已由计算揭示了出来。假如初始时的爆炸力有10的60次方分之1的差异，我们现在所观察到的宇宙就不会存在。这就象从200亿光年以外的地方，射中一个1英寸的靶，你若想真的射中，瞄准的精度就得要精确到10的60次方分之1。在物理规律中有许多基本常量，如普郎克常数、电子电荷的大小以及质子和电子的质量比等。令人吃惊的事实是，这些数值看来是被非常细致地调整到使现在的宇宙状态成为可能。例如，如果电子的电荷只要稍微有点不同，则要么恒星不能燃烧氢和氧，要么它们没有爆炸过。又如，我们所见的恒星是由引力粘结起来的，引力的强度决定了诸如恒星内部的压强之类的事情。然而引力强度的变化哪怕是10的40次方分之1，所有的恒星便只能是蓝巨星或是红矮星，我们的太阳也不会存在。第三，量子力学指出，我们宇宙的演化是非决定性的，物理规律甚至无法预告一个原子的未来。宇宙之所以演化成今天这个样子，受简单的基本定律的影响十分微小，但却会受到进化道路上的量子事件的很大的影响。宇宙发展的各个阶段，大部分影响来自由“冻结的偶然事件”引出的大量的规律性。某些这样的偶然事件其影响极为深远。整个宇宙的性质就受到临近宇宙膨胀开始时刻的偶然事件的影响。地球上生命的性质就与大约发生在40亿年前的偶然事件有关。一旦结局特定化以后，这样一个事件的长期影响就可能有一种规律性的特征。然而，量子力学却无法指出，为什么某些偶然事件深刻地影响了宇宙的进程，某些却不可以。这其中的抉择机制是什么？为了解释目前宇宙何以形成今天这样一个特殊的局面，科学家对此提出了各种学说去解释，如爆涨模型，人择原理等，但都存在这样或那样的缺陷，无法圆满解释。霍金对此评论道：“难道所有这一切仅仅是因为好运气？看来，这只是无望的遁词，是对我们理解宇宙内在秩序的所有希望的否定。”然而，宇宙中自组织及其运动规律的可持续发展条件似乎能完美地解释这一切。在宇宙的原初阶段，原初的统一力还没有分化为现在的四种不同的力。此时除了热力学定律以外的物理定律都不起作用。此时在可持续发展条件的制约下，宇宙选择并放大了特定的量子事件，形成了目前我们发现的物理定律。在宇宙演化的各个阶段，质子、中子、原子、恒星、星系的形成，可持续发展条件都在起对偶然事件的抉择并放大的作用，促使宇宙向更加降低熵速度的方向演变，形成了目前这个低熵速度的无比复杂而微妙的宇宙。可持续发展条件的这种选择机制与人类目前所面临的关口非常相似。要么变成可持续发展组织而生存下去，要么灭亡，二者必居其一。人类目前的生存体验，是人类所能作出的最大规模的生存实验，由于其规模庞大，已触及了宇宙中可持续发展的奥秘。你如果想可持续性发展，就得让宇宙可持续性发展。这不光是对人类这种自组织而言，而是宇宙中任何自组织及其运动规律都必须遵守的一般法则。可持续发展条件也是宇宙演化的动力源泉。拿人类社会中组织