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发信人: wxl (小亮), 信区: NanoST
标  题: 第十章 增长的极限
发信站: 哈工大紫丁香 (Fri May 13 08:46:44 2005), 转信

　　世界是个棋盘，自然现象是棋子，游戏的规则被我们称为自然法则。
　　——T. H. HUXLEY（赫胥黎）

　　在这个世纪我们发明了飞机，宇宙飞船，核技术，和计算机。在下个世纪我们将开发组装机，复制机，自动工程，廉价的星际旅行，细胞修复机器，和很多很多。这一系列的突破似乎暗示了技术发展是没有限制的。按照这个观点，我们将突破任何障碍，冲向无限的未知领域——但是这个观点是错误的。

　　自然的法则和世界的情形将限制我们所能做的事。没有限制，未来将完全不可知，无影无形的事使我们所想和所计划的显得很可笑。有了限制，未来还是不太确定，但是会被规定在某个范围之内。

　　从自然的限制中，我们学到了关于我们面对的问题和机会的一些知识，限制确定了可能的界限，告诉我们能使用什么样的资源，我们的飞船能飞多快，以及我们的纳米机器能做和不能做什么。

　　讨论限制是有风险的：我们通常更愿意确信一件事是可能的而不是不可能的。工程师可以使用近似值和特别情况。如果给以工具，材料，和时间，他们能直接证明可能性。即使在做探索性设计时，他们也可以找到可能的领域而避开限制。相反，科学家不能证明一个普遍理论——不可能性的一般论述本身就是一种普遍理论。没有一个特殊的实验（某时，某地）可以证明某件事是不可能的（任和时候，任何地方）。任何数量的特殊实验也不可能证明。

　　尽管如此，普遍的科学规律确实描述了可能性的限制。虽然科学家不能证明普遍法则，他们还是发展出了关于宇宙运行的最好图景。即使奇异的实验和精细的数学再一次改变了我们的物理概念，也不会改变多少工程上的限制。相对论并不影响汽车的设计。

　　最终限制的存在并不意味着它们会限制住我们，虽然很多人认为限制将很快使发展停止，这种想法是简单化的，没有考虑到发展将会带来的前所未知的进步。其他的人模糊地认为增长是无限的——这种看法用完全不可知模糊了未来的图景。

　　搞不清科学和技术的区别的人也会搞不清限制在哪里，软件工程师Mark S. Miller指出，他们认为新知识通常意味着新的解决方法，一些人甚至认为如果我们知道了每件事我们就能做任何事。技术进步的确带来新的方法，开放了新的可能性。但是基础科学的进步只是重新划定了最终的界限，这常常意味着新的不可能性。例如，爱因斯坦的发现，表明了没有什么东西能超过光速。
　　

　　真空的结构

　　光速真的是极限吗？人们曾经谈论“音障”，就是说飞机在超越音速时会遇到巨大的阻碍。然而在1947年，爱德华空军基地，查克.耶戈尔以一个音爆划破了十月的天空。今天，人们谈论“光障”，并想知道它是否也会被突破。

　　不幸地，对科幻作家来说，这种类比是肤浅的。没有人认为音速是一个真正的物理限制。流星和子弹天天都在超过它，甚至抽一个响鞭也能突破“音障”。但是没有人看见超过光速的东西。在射电望远镜看起来一些遥远的点似乎移动速度超过光速，但是简单的透视理论就可以解释这点。某种假设的被称为“超光速粒子”的微粒能超光速，如果它们存在的话——但是没有人发现过它，现有理论也没有预言它。实验者可以把光子加速到光速的99.9995%，结论和爱因斯坦的预言完美地吻合。当更加加速时，粒子的速度缓慢地接近光速，而它的能量（质量）趋近于无限大。

　　在地球上，人们可以步行或航行到某个地方，而没有任何神秘的边缘或障碍阻止他们到达目的地，因为地球是圆的。在太空中的速度的限制不再意味着“光障”，象地球上距离的限制意味着一堵墙那样。空间本身——真空承载着所有的能量和物质——具有属性。属性之一是几何尺度，时间可以被看作一个特殊的维。几何尺度使得光速在飞船加速时后退，就象地平线在海船航行时不断后退一样：光速，象地平线一样，在所有方向都是一样的。但是类推在这里终止了——这种相似没有涉及到空间的弯曲。我们只要了解速度的极限不是简单的一个可突破的“光障”。物体可以不断加速，但是不能快过光速。

　　人们长期梦想着控制引力。在1962年版的对未来的预测中，阿瑟.克拉克写道：“在所有的力中，引力是最神秘的和最难驯服的，”然后他提议我们将来要建造方便的引力控制装置。引力真的这么神秘吗？在广义相对论中，爱因斯坦把引力描述成真空的时空结构的弯曲。数学家优雅而精确地描述了它，并且得出的结果与所有检验都吻合。

　　引力不比其它的力更难驯服。没有人能让一块大石头失去重力，但是也没有人能让一个电子失去电荷或者让电流失去它的磁场。我们通过移动带电粒子来控制电荷和磁场。我们也能用类似的办法来控制引力场，通过移动普通的物质。看起来我们没有学到引力控制的秘密是因为我们已经掌握了它。

　　一个小孩用一块磁铁可以吸起一个钉子，使用磁场来抵抗地球的引力。但是不幸地，对于引力工程师来说，利用引力来举起一个钉子需要巨大的质量。你头顶上的金星差不多能做这个工作——还得落到地上才行。

　　工程师通过在天线中激起电荷振荡来产生电磁波。你可以通过摇动一块石头来产生引力波，但是这样产生的结果是很微弱的。虽然一个功率一千瓦的无线电发射站是很普通的，但是即使把太阳系内所有的质量都集中在一起振荡也不能发出一千瓦的引力波。

　　我们很了解万有引力，当我们造比月亮轻得多的机器时它通常不是很有用。但是利用巨大质量的装置的确可以工作。水利大坝就是某种重力机器的一部分（地球是另外一部分），它从下落的质量中获取能量。使用黑洞的机器将能从下落的质量中获取50%的能量，基于E = mc2，把一桶水丢入黑洞产生的能量相当于把几万亿桶水从一个一千米高的大坝上倒下去产生的能量。

　　因为引力理论描述了真空是如何弯曲的，所以它们也被用科幻语言描述成“时空弯曲”。看起来从空间一点到另一点的“隧道”是不稳定的，即使它们在宇宙开始时就存在，这使得宇宙飞船很难通过走捷径来超过光速到达遥远的地方，而这一旅行的限制也会变成增长的限制。

　　爱因斯坦的理论似乎精确地描述了真空的全部几何特性。如果是这样的话，那限制的结果是不可避免的：你几乎可以摆脱任何事，但是却不能摆脱真空。

　　其它的定律和限制似乎因为同样的理由是不可避免的。实际上，物理学家日益倾向于用空间结构来看待所有的物理定律。引力波是某种真空中的涟漪，黑洞是某种结。同样地，无线电波是真空中的另一种涟漪，基本粒子是其他的，更不同的一种结（在某些理论中是微小的，振动的弦）。从这点来看，在宇宙中只有一种物质——真空——但是它有多种表现形式，包括那些我们称为“固体物质”的粒子点阵。这种看法暗示了自然法则的不可避免的性质。如果宇宙由一种简单物质填充，那么它的性质就限制了我们能做的事情。

　　现代物理学的不可思议，使得很多人不相信它。量子力学和相对论的革命给我们带来了“不确定性原理”，“物质的波性质”，“质能转化”和“弯曲时空”等概念。自相矛盾围绕着这些概念和物理学本身。新技术使我们感到不寻常是可以理解的，但是为何古老的，永恒的自然规律也会变得古怪和不寻常呢？

　　我们的大脑和语言进化为可以处理比原子大得多的东西，动作速度比光速慢很多，但是这是可以接受的，虽然人们花了几个世纪的时间才学会描述石头下落的运动。而我们现在获得的知识远远超过了古代的感知世界。我们发现奇异的事物（物质波，弯曲空间）——某些完全超出了我们的想象能力。但是“奇异”并不意味着神秘和不可预知。数学和试验还起作用，使得科学家们可以改变和选择理论，进化它们以适应特殊的事实。人类思维被证明是很灵活的，但是我们也不总是能把不可见的事物形象化。

　　物理学看起来这么奇怪的部分理由是因为人们追求奇异，并且乐意传播奇异的拟子。一些人认为世界是分层的并且是神秘的，很自然地，他们乐于传播物质是非实质的，以及量子力学看起来是心理学的一个分支这种拟子。

　　相对论，揭示了物质（人们认为他们已经了解了的平坦而古老的东西）实际上是能量（会使某种事情发生的微妙的，神秘的东西）。这促成了一种对宇宙的神秘的含糊的概念。可以更清楚地说相对论揭示了能量可以成为物质的一种形态，能量具有质量。的确，光帆就是按照这个理论工作的，因为有物质冲击它的表面，光以粒子包的形式出现。

　　再考虑一下海森堡的不确定性原理，和相关的“观测者会影响观测”的事实。不确定性原理是对普通物质在原子级别上的固有本质的数学描述，但是相关的“观测者的影响”却被一些出版物描写成意识的神奇作用。事实上，核心的观点是很平常的。你可以想象观察光束中的一个灰尘微粒：当你观察反射光时，当然会影响它——你的眼睛吸收了它。同样的，光线（具有质量）也影响灰尘微粒：从灰尘上反弹，产生一个反作用力。结果不是你的思想影响了灰尘，而是光线作用于灰尘。虽然量子测量比这要精细的多，但是这与思维改变事实的说法毫不相关。

　　最后，考虑一下“孪生悖论”，相对论预言，如果孪生兄弟的其中一个以接近光速的速度飞到其他星球并返回，那么他会比呆在家里的那个年轻。的确，精确的时钟测量证明了在快速运动时时间会变慢。但这不是一个“悖论”，而是一个简单的客观事实。

　　
　　物理学将再一次被颠覆吗？

　　在1894年杰出的物理学家迈克尔逊曾说：“物理学的最重要的基本规律和事实都已经被发现了，并且被牢固地确定下来以至于它们被新的发现推翻的可能性是很小的……我们的将来的发现也只不过是在修正小数点后的第六位数字。”

　　但是到了1895年，伦琴发现了x射线；1896年，贝克勒尔发现了放射能；1897年，汤姆逊发现了电子；1905年，爱因斯坦写出了相对论的方程（也解释了迈克尔逊在1887年对光速的观测）。在1905年，爱因斯坦同时也提出了光量子理论；1911年，卢瑟福发现了原子核；191 5年，爱因斯坦提出了广义相对论方程；1924-30年间，德布罗意，海森堡，玻尔，泡利，和狄拉克创立了量子力学；在1929年，哈勃宣布发现了宇宙膨胀的证据；1931年，迈克尔逊去世。

　　迈克尔逊犯了一个令人难忘的错误，人们一直记着他的话并得出结论，我们不应该（永远不？）声称我们已经确实理解了自然法则或可能的限制。毕竟，迈克尔逊说的太肯定然而又错的太离谱了，我们难道不应该害怕重犯他的错误吗？物理学的革命使得一些人得出结论说科学将不断地带来重大的惊奇——甚至对工程师来说也是重大的惊奇，但是我们又是否愿意再一次遭遇这种重大的剧变？

　　也许不愿意，量子力学的内容是一个惊奇，而在它出现之前，物理学明显地很不完善。在量子力学之前，你可以走向任何一个科学家，不怀好意地对着他笑，并敲着他的桌子问他：“这是由什么组成的？为什么它是棕色的和结实的，而空气却是透明的和气态的？”你的可怜的受害人可能会含含糊糊地回答一些关于原子和它们的排列的事情，但是当你追问解释时，最多只能得到这样的答案：“谁知道呢？物理学现在还不能解释物质！”做事后诸葛亮实在是很容易的，而在一个由物质构成的世界，居住着使用物质工具的物质的人，这样的对物质自然属性的无知是应该被迈克尔逊注意到的。这样的知识的缺口不是“小数点以后第六位的”，而是首要的。

　　我们也有必要注意到迈克尔逊说对的地方。他提到了牛顿的关于引力和运动的定律，和麦克斯韦的电磁定律，的确，在普通工程应用条件下，这些定律仅仅在“小数点后第六位”改变。爱因斯坦的关于引力和运动的方程在引力和速度极大时才与牛顿方程不相吻合；而费曼，施温格，和朝永振一郎写出的量子电动力学方程也和麦克斯韦的电磁方程很吻合，只在尺度和能量的极端条件下才例外。

　　未来的革命毫无疑问存在于这些理论的边沿。但是那些边沿看起来离我们生活的世界太远了。相对论和量子力学的革命改变了我们关于物质和能量的看法，但是物质和能量本身并没有改变——它们是真实的并且根本不在乎我们的理论。物理学家现在用一整套定律来描述原子中的原子核和电子的相互作用，以及分子，分子机器，生命，行星，和恒星。这些定律还很不全面。对一个描述所有物理现象的统一理论的需求继续存在。但是象物理学家斯蒂芬.霍金所说：“现在我们已经拥有了许多局部定律描述所有的宇宙行为，但是要除掉那些极端条件下的情况。”从一个工程师的标准来看，那些条件确实是格外的极端。

　　物理学家有规律地发布在极端高能粒子碰撞中发现的新粒子，但是你买不到装在一个盒子里的这类粒子。认识到这点是很重要的，因为如果一个粒子不能被保存，它就不能作为一个稳定的机器的部件。盒子和里面装的东西都是由电子和原子核组成的，铅原子有82个质子和超过100个中子，单独的中子在几分钟后就会分解。一些其它的稳定粒子我们已经知道：光子——光的粒子——是很有用的并且能被暂时捕捉；中微子几乎不能被探测和捕捉到。这些粒子（除了光子）都具有相匹配的反粒子。所有其它的已知粒子都在百万分之一秒之内分解。因此，能作硬件砖块的只有电子和原子核（或它们的反粒子，在特殊的孤立的应用中），这些砖块通常结合在一起形成原子和分子。

　　不管现代物理学的威力有多大，我们的知识还是有明显的漏洞。基本粒子理论的不稳定使得一些限制也不确定。我们可以发现新的稳定的，“可盒装的”粒子，例如磁单极子或自由夸克，如果这样的话，它们无疑将会得到应用。我们甚至能发现一个新的长程场或某种辐射，虽然这看起来日益不可能了。最后，一些新的合成粒子的方法可以增强我们转换一种粒子到另外一种粒子的能力。

　　但是通常来说，复杂的硬件将需要复杂的、稳定的粒子阵列。除了塌缩的恒星环境以外，这意味着能被相对论量子力学很好的描述的原子的图案。物理学的前沿在向前推进。在理论水平上，物理学家寻找一个统一的关于所有粒子间作用的理论，包括那些极短命的粒子。在实验水平上，他们研究粒子加速器轰击产生的亚原子碎片的图像。只要没有新的，稳定的，和有用的粒子在轰击中产生——或者找到过去宇宙剧变产生的残迹——原子将仍是制造稳定的硬件的唯一砖块。工程学将仍是一个用已知部件和已知规则搭积木的游戏。新的粒子只是增加部件，而不破坏规则。


　　硬件的极限

　　分子机器真的是小型化道路的终点吗？分子机器可能是迈向向更小的“核机器”的过程中的一步的想法可能更自然一些。一个年轻人（哥伦比亚大学的经济学学生）听说了分子技术和它操纵原子的能力后，马上得出结论说分子技术几乎可以做任何事，甚至可以把落下来的原子弹在一定距离上就分解成无害的铅块。

　　分子技术不能做这样的事情。把钚变成铅（无论是近还是远）超过了分子机器的能力就象炼金术士的化学不能把铅变成金子一样。分子力几乎不能对核子产生任何影响。原子核集中了99.9%的原子质量，而只占1/1,000,000,000,000,000的体积。与原子核相比，原子的其余部分（电子云）比气状的绒毛还轻，想用分子来改变原子核就象用棉花糖在钢制滚珠轴承上晃动一样无效果。分子技术可以区别和重排原子，但是不能接触到原子核改变原子的类型。

　　纳米机器对建造原子核级别的机器毫无帮助，但是那样的机器能存在吗？显然不能，至少在实验室条件下是如此。机器必须有许多紧密连接的部件，而被打包的核子互相之间极度抵制。当投放在广岛的原子弹爆炸时，大部分能量来自于核分裂时的猛烈的静电排斥。众所周知的核聚变的困难也是源于这种核排斥。

　　除了分裂和融合，核子也能被用来发射或吸收各种辐射。在一种技术中，它们被旋转来产生有用的信息，使得医生可以得到核磁共振的图像。但是所有这些现象都仅仅依赖于分离的核子的特性。孤立的核子太简单以至于不能象机器或电路那样工作。核子可以被力聚合到一起，但是只有在恒星塌缩时才能产生如此大的压力，在那种情况下干工程是很困难的，即使在我们能掌握塌缩恒星的时候。

　　这使我们转向基本问题，我们能正确安排原子的时候可以做什么？一些限制看来已经清楚了。最结实的材料将比现在的强度最高的钢材还要高十倍（最结实的制造电缆的材料看来是一种碳的直链）。看起来热振动，在常压下，将在4000摄氏度左右融化最难熔的固体（大约比太阳表面温度低1500度）。

　　这些物质的原始属性——强度和热阻抗——不能通过复杂的、灵活的原子排列来得到显著改善，最好的排列方式很可能是相当简单的和规则的。其他相当简单的目标包括能导热，绝热，导电，绝缘，发光，反光以及吸收光线等。

　　在某些目标上追求完美将能得到简单的设计，在另外的目标上，将可能导致无法解决的问题。设计计算机中最好的开关元件可能很容易，但是设计最好的计算机将是非常复杂的。的确，我们认为的“最好的可能性”依赖于很多因素，包括物质，能量和时间的消耗——和我们任何要计算的东西。在很多工程项目中，我们称作“较好”的定义受限于很多不确定因素，包括定义错误和不断改变的人类需求。还有，即使“较好”已被明确定义，为追求完美所付出的代价也是不值得的。但是，当我们考虑限制是否确确实实存在时，我们可以忽略所有的这些关于复杂性和设计花费的问题。

　　为了定义极限，你必须选择一个方向，一个品质的衡量范围。在定义成“较好”的方向上，肯定有一个最好的。原子的排列决定了硬件的特性，按照量子力学，可能的原子排列方式是有限的——虽然是天文数字，但还是有限的。也就是说是可计算的，给定一个明确的目标，某些排列就会是最好的，或者组合起来是最好的。在国际象棋中，有限的棋子个数和空间限制了组合和可能性。但在象棋和工程中，在这些限制之下的各种变化的可能性仍然是无穷无尽的。

　　仅仅知道物质的基本法则是不能了解所有的极限所在的。我们仍必须面对设计的复杂性。我们的对限制的了解还很不够：“我们只知道限制在这里（不远的地方）和那里（地平线上的某点）之间”组装机将打开通向极限的道路，无论它们在哪里，而自动工程系统将加速在这条路上的进步。绝对的最好将一直是不确定的，但终点会被无限地接近。

　　当我们接近真正的极限时，我们的能力将在更多的技术领域内停止增长。这些领域内的进步将不仅停止十年或一个世纪，而是永远。

　　一些人会回避“永远”这个词，会想“在一千年内没有进步？那么一百万年呢？这听起来太夸张了。”但是当我们达到真正的物理极限，我们将不能再前进一步。游戏的规则建立于真空的构成中，存在于宇宙的构成中。没有任何原子的重排方式，粒子的轰击，或者立法，或者圣歌，或者跺脚，能移动自然的极限哪怕一点点。今天我们可能会误判极限的所在，但是无论自然的极限在哪里，它都会一直存在下去。

　　这种对自然法则的看法显示了事物的质的方面的限制，但是我们也面对着量的限制，这种限制不仅由自然法则规定而且也被我们发现的物质与能量在宇宙中的分布所决定。《增长的极限》的作者，象其他的很多人一样，试图描述这些限制，而不是首先检验技术的限制。这产生了容易令人误解的结果。


　　熵：能量使用的极限

　　近来，一些作者描述了浪费的热能和无序的累积会成为人类的活动的最终限制。在《荒年——缺乏的时代的对策》中， Richard Barnet写道：

　　“具有讽刺意味的是，对于极限的重新发现与两个人类历史上最大胆的技术创举有关。一个是基因工程，闪现了形成生命的基本材料的能力；另一个是太空移民。这些突破刺激了对权力的幻想，但是它们没有打破生态的约束，象热力学第二定律描述的：消耗更多的能量会产生更多的热量，它们不会消失，而必须被看成永久的能量消耗。由于热量积累会引起生态灾难，所以这些代价会限制人类的太空冒险，象在地球上一样。”

　　Jeremy Rifkin（和Ted Howard）写了一整本书描述热力学的限制和人类的未来，名字叫《熵：新的世界观》。

　　熵是一个对热运动和无序的科学的测量单位。在运动消耗有用的能量时，它们也产生熵，因此世界的熵稳定而不可逆地增加。最终，有用能量的消耗将摧毁生命的基础。正如Rifkin所说，这个观点令人压抑而不能接受，但是他说我们应该面对熵、人类和地球的可怕现实。但是这些现实真的那么可怕吗？

　　Barnet认为热量积累是一种永久的能量消耗，限制了人类活动。Rifkin认为“污染是世界上所有被转化成不可用能量的可用能量的总和”。这种不可用能量主要是低温的废热，就象那种使电视变热的能量。但是热量真的会积累，象Barnet所担心的那样吗？如果是的话，地球就会稳定地变热，一分钟一分钟，一年又一年地，我们现在就会被烘烤着，如果我们的祖先在世时没有被冻成固体的话。反过来说，大陆会在晚上变冷，在冬天会更冷，在冰川时代，整个地球都会冻成冰块。

　　Rifkin走到了另一个极端。他说“组成地球外壳的陆地物质被经常消耗。山丘和表层土每时每刻都被磨损和吹走。”Rifkin所说的“吹走”并不意味着吹到太空或吹得不存在了，他的意思是山丘的原子变得和别的原子混在一起了。而这一过程，他说，意味着我们的毁灭。原子的混乱使它们成为“无用的物质”，由此产生了“热力学第四定律”，由经济学家Nicholas Georgescu-Roegen提出：“在封闭系统内，物质的熵最终会达到最大值，”或（相等地）“无用物质不能被重复利用，”Rifkin宣称地球是一个封闭系统，和周围的环境交换能量而不是物质，因此“地球上的熵持续增加，最终会达到一个最大值，”使得地球上的生命颤抖和死亡。

　　一个真正严酷的现实是——地球已经退化了几十亿年，所以终点很可能已经很接近了。

　　但是这些是真的吗？生命的进化过程，给地球带来了更多的有序，而不是更少。矿石的形成也是一样道理。地球退化的观点是奇特的（而Rifkin认为进化是空谈）。除此之外，由于物质和能量本质上是一回事，为什么一个合理的法则会挑出一个叫“物质熵”的概念并把它放在首位呢？

　　Rifkin把一瓶放在房间里的香水散发出的香气作为“消散的物质”、物质熵增加的实例——物质变得“难以获得”。盐在水里融化也同样能作为例子。我们可以想象一下一个验证“热力学第四定律”的盐水瓶实验：

　　想象瓶子底部有一道棱，把它分成两个池子，在一边放盐，在另一边放水。一个软木塞塞在瓶颈上：这使得系统成为封闭的，符合所谓的热力学第四定律的条件。瓶子的内部处于有组织的状态：物质熵还不是最大值。

　　现在，拾起瓶子并摇晃它，使水进入盐池，溶化盐，熵在增加——越变越乱！在这个封闭系统内，“热力学第四定律”说物质熵会持久增加。Rifkin的所有关于地球熵增加的理论都依赖于这条定律。

　　为了证实Rifkin的新世界观的基础，倾斜瓶子，把盐水都倾到一边的池子中，这应该没什么不妥，因为系统保持封闭状态。现在把瓶子重新直立起来，把有盐水的池子朝向阳光，而空池子在阴影中。光线射入，热量散出，系统象地球那样保持封闭。但是，看——太阳光蒸发掉了水，它们在阴暗处重新凝结！淡水慢慢充满了空的池子，留下盐在原来的池子里。

　　Rifkin自己说“在科学里，只要有一个确定的例外就足以证伪一条定律。”这个思想实验，显示了自然的盐沉淀是如何在地球上形成的，同时证伪了他整本书的基础定律。植物也一样，阳光从太空带来了能量，热量返回太空带走了熵（只有一种）。因此，熵在一个封闭系统内可以减少，花朵可以在地球上年年盛开。

　　但Rifkin说的这句话是对的：“在孤立的时间和空间中逆转熵的过程是可能的，但要通过消耗能量来完成，因此环境的总熵是增加的。”而Rifkin 和Barnet都犯了同一个错误：当他们写环境时，暗示着在地球上——但是这条定律把环境看成一个整体，也就是宇宙本身。因此，Rifkin 和Barnet都忽略了太阳光和黑暗寒冷的太空。

　　按Rifkin的说法，他的观点摧毁了历史在进步的概念，超越了现代世界观。他要求大家奉献，说“没有任何第三世界的国家有希望达到美国的物质富裕程度。”他担心恐慌和流血的发生。Rifkin最后结束时说道：“熵的定律回答了历史上存在过的每个文化都关注的这个中心问题，即：人类在这个世界上应该怎么做才对？”他回答：“最终的道德规范是，尽可能少地消耗能量。”

　　这似乎意味着我们必须保存尽可能多的能量，杜绝浪费。但是我们身边最大的能量浪费者是什么？什么，是太阳！当然——它消耗能量的速度比我们人类快几万亿倍。要是当真的话，Rifkin的最终的道德规范将是：“消灭太阳！”

　　这种愚蠢的推论可以推翻Rifkin的论点。他和很多其他的持同样观点的人都有点前哥白尼时代的人的自大的味道：他们假设地球是整个世界并且不管人类做什么都是宇宙中最重要的事。

　　当然，存在一个真正的熵定律：热力学第二定律。不象那个假的“第四定律”，它写在课本上并被工程师们使用。它将确实限制我们所能做的事。人类活动将产生热量，地球散热能力的有限也限制了基于地球的工业活动的总量。同样的，我们的星际飞船上也需要散热板。最后，熵定律将——在时间的很远的终点——使宇宙塌缩，象我们知道的那样，限制生命本身的期限。

　　为什么要批评Rifkin的熵呢？很简单，因为现代的信息系统常常使已死亡的观念复活。通过鼓励错误的希望，错误的恐惧，和误导行动，这些观念会浪费那些关心世界长期发展的人的努力。

　　在Rifkin的书的封底上题写赞美之词（“一项令人鼓舞的工作”“光辉的工作”“震撼全球”“应该牢记于心”）的人中，有一个普林斯顿大学的教授，一位脱口秀的主持人，和两个美国参议员。一个MIT的研讨会（“有限的地球——关于可供养的未来的世界观”）以Rifkin的书作为号召。

　　所有的研讨会发起人都来自于非技术部门，大部分参议员在我们这个技术社会中却缺乏技术训练，很多教授和脱口秀主持人也一样。Georgescu-Roegen，发明“热力学第四定律”的那位，在很大范围内得到支持——作为一个社会科学家。

　　熵的威胁是一个炫耀式的胡扯，而它的发明者和支持者还没有被嘲笑声赶下舞台。想象成千的，成百万的类似的歪曲——有些是谨慎的，有些是无耻的，但是都扭曲了大众对世界的理解。现在想象一群民主国家在展望加速的技术革命的时代的时候被这些拟子侵袭的景象吧。我们有了一个真正的问题。要使我们的生存更加可能，我们将需要更好的方法除掉拟子中的杂草，并为了解增长的呼声提供空间。在第13章和14章我将提出两个建议解决这个问题。


　　资源的限制

　　自然法则限制了技术的质和量，但是在这些法则的框架之下我们可以用自复制组装机生产超级太空船，用它们，我们可以开发更深更广阔的空间。

　　今天地球开始显得小了，引起我们对耗尽它的资源的担心。但是我们总共消耗的能量只有太阳照到地球上的1/10,000。我们不用如此担心这种能源供应，而更应该担心便于利用的石油和天然气资源的消耗；我们的矿场在地球上挖的到处都是；我们对资源的绝对数量一点也不关心，而只关心它们的使用价值。地球将能支撑一个我们从来没见过的巨大和富有的文明，而只受到比我们现在造成的还要小的伤害。地球的潜力使得我们现在使用的资源相比之下显得无足轻重。

　　而地球也只不过是一个小点而已，行星形成时遗留下来的碎片可以组成比地球大陆大一千倍的原料基地，太阳发送到整个太阳系的能量比它照到地球上的多十亿倍。太阳系的资源是巨大的，使得地球上的资源显得无足轻重。

　　而太阳系也只不过是一个小点而已，充满夜空的星星都是太阳，人眼能看到的都是离得近的。我们的银河系里面有上千亿的太阳，其中很多把它们的能量倾泻到毫无生机的行星上，等待生命的到来。我们的银河系的资源使得太阳系的资源显得无足轻重。

　　而银河系也只不过是一个小点而已，遥远的光线显示了在我们的银河系之外还有很多其他的星系。目前可见的宇宙含有上千亿的星系，其中每一个都含有几十亿颗太阳。可见的宇宙的资源使我们的银河系的资源显得无足轻重。

　　我们将会达到知识的极限，如果不是资源的极限的话。太阳系似乎足以解决地球的限制——如果宇宙的其他部分没有别人占有的话，我们开拓的前景是超出想象的。这是否意味着可复制组装机和便宜的星际旅行将结束我们的资源困扰？

　　在某种意义上，开放的空间将打破对我们增长的限制，因为我们不知道宇宙的边缘。然而，从根本上来说，马尔萨斯是对的。
　　

　　马尔萨斯

　　在他的1798年的论述人口理论的文章中，托马斯.罗伯特.马尔萨斯，一个英国牧师，提出了成为现在所有增长限制理论的鼻祖的观点。他注意到人口的自由增长会周期性地翻倍，因此是指数性增长。这很有意义：由于所有的生物都是从一个成功的复制机祖先发展而来的，只要有机会它们就会复制。为了证明，马尔萨斯假设资源——食物供应——可以每年增长一个固定数量（称为线性增长，因为它画在图上是一条直线）。计算表明任何固定的指数式增长最终都会超过固定的线性增长，马尔萨斯得出结论说人口增长，如果不加限制的话，最终会超过食物的增长。

　　从那时到现在，很多作者都一再地对他的观点进行发挥，例如《人口炸弹》和《饥荒-1975！》。但是食物增长和人口增长的步调是保持一致的，在非洲以外的地方，甚至还超过一些。马尔萨斯错了吗？

　　基本上没错：他主要是错在时间和细节上。地球上的增长确实面对极限，因为地球上的空间有限，不管是对农业来说还是对其他任何事情来说。马尔萨斯对限制到来的预言没有成功是因为他没有预见到在农具，农作物遗传学，和肥料方面的突破。

　　一些人现在注意到指数式增长将过度消耗地球上的固定资源，一种马尔萨斯论点的简单形式。虽然空间技术将突破这一限制，但它也不能突破所有的限制。即使宇宙无限大，我们还是不能用无限的速度航行。自然的法则将限制增长率：地球生命的扩展速度将不会超过光速。

　　稳定的发展将带来新的资源，其增长率将和我们向更深更远的太空发展的速率一样。这将不是线性的增长，而是成立方倍的增长。但马尔萨斯本质上还是对的：指数增长还是会很容易地超过立方幂增长像它超过线性增长一样。计算表明不受控制的人口增长，不管人们的寿命长不长，都将在最多一到两千年内超过可利用资源的消耗。无限的指数增长永远是个梦，即使在太空中。


　　有人会阻碍我们吗？

　　其他的文明已经占有宇宙的资源了吗？如果这样，他们就会显示出增长的极限所在。关于进化和技术限制的事实将对解决这个问题有帮助。

　　由于很多类太阳系的恒星系统比我们的太阳系早数亿年就有了，所以一些文明（如果确实存在）应该比我们的要领先数亿年。我们可以想象一些文明会做我们所做的所有事情：尽可能地扩展。地球是绿色的，不仅在海洋，也在海岸，丘陵和高山上。绿色植物现在已经扩展到了空间站上。如果我们成功，地球上的植物将扩展到别的星球上。生物尽可能远地扩展，然后更远。一些会失败，死亡，而成功者生存下来并更远地扩展。移民者驶往美洲，航行或者淹死，登陆或者饿死，但幸存者建立了新的国家。每个地方的生物都会感到马尔萨斯描述过的压力，因为它们要为了生存而进化和为相同目的扩张自己的基因和拟子（拟子）。如果地球之外的文明存在，即使只有一小部分和地球上的生命行为一样，那么他们现在应该已经扩展到横跨整个太空了。

　　象我们一样，他们也会尝试进化技术以接近自然法则的极限。他们将学习如何用接近光速的速度旅行，竞争和好奇心会驱使他们这样做。的确，只有高度组织的，高度稳定的社会才能缓解竞争的压力，避免接近光速时产生的爆发。到现在为止，在几亿年之后，即使很分散的文明也能扩展得足以互相接触了，开始划分他们周围的空间。

　　如果这些文明确实到处都有，他们必然显示了很大的克制和很好地隐藏了自己。他们可能已经控制了整个星系数百万年了，并面对着宇宙尺度上的增长的极限。当一个先进的文明面对生态限制的时候，它将既不会浪费物质也不会浪费能量。而我们观察各个方向的星系时，都能看见浪费：星系的螺旋臂由浪费的物质构成，背景里都是浪费的星光。

　　如果这种先进文明存在，我们的太阳系会成为其中之一的一块领地，如果这样，主动权就在他们手里——我们不能威胁他们，而他们可以随意研究我们，不管我们合不合作。敏感的人可以听到他们的要求。但是如果他们存在，他们很可能隐藏了他们自己——并保持着他们的秘密。

　　人类在可见宇宙中是唯一存在的观点是和我们对宇宙的观测和对生命起源的认识一致的。不需要用害羞的外星人来解释这个事实。有些人会说因为有这么多恒星，所以应该有其他文明存在。但是在可见宇宙中的恒星数量还是少于一杯水中的分子数。就像一杯水不必包含所有可能的化学物质（即使是化工厂的水）一样，其他星系也不必非得承载文明。

　　我们知道竞争的复制机会朝它们的生态极限发展，而宇宙中却到处存在资源浪费。我们没有接触到任何外星使节。如果他们确实不存在，我们就不必在我们的计划中考虑他们；如果他们确实存在，他们就会支配我们的计划，为他们的不可了解的目的服务，因此我们也就不可能为可能发生的事情做准备。因此到现在为止，也许直到永远，我们都可以为自己的未来作计划而不必考虑可能会被其他文明所限制。


　　与限制一起增长 

　　不管是否有别人在那儿或不在，我们都将走自己的路。太空在等待着我们，那里光秃秃的岩石和阳光与我们地球上几十亿年前生命出现之前的情况一样，我们的工程师正在进化拟子（拟子）帮助我们建造太空船和太空殖民地：我们将移民到太阳系中适合居住的地方。在我们富饶的太阳系之外还有彗星——一团巨大的云状物质，飞到星际空间时变薄，接近并环绕其他星系时又再一次变厚，而在那里一个全新的太阳和岩石系统正等待着生命的触摸。 

　　虽然无限的指数式增长是一个梦，但是生命和文明的扩张却不会面对固定的边界。扩展会继续下去，如果我们存活的话，因为我们是生命系统的一部分，而生命趋向于扩展。先驱们将进入无止境的世界中。在任何居住地，时间都将继续而前沿将不断推进。因此我们和我们的子孙都将在增长的限制中生活。 

　　我们可能喜欢或不喜欢增长的限制，但是它们是独立于我们而存在的。在所有的明确目标下，都存在着限制。 

　　但是在标准不断改变的前沿地带，关于限制的想法变得次要了。在艺术或数学中，工作的价值取决于复杂的变化的标准，一个常常引起争论的话题。标准之一是新颖，这是永远不会令人厌烦的话题。在目标改变和规则变得复杂时，限制并不会束缚住我们。我们创造了交响乐和歌曲，绘画和单词，软件，定理，电影和无法想象的快乐，看起来似乎没有尽头。新的技术会助生新的艺术，新的艺术将带来新的标准。 

　　物质世界为巨大而有限制的增长提供了空间。而思想的世界为无尽的进化和改变提供了空间。可能性似乎有足够的空间。


　　关于限制的各种观点

　　巨大的进步伴随着固定的限制的观点不会变得令人愉快，而是会变得精确。限制规定了可能性的轮廓，某些可能是丑陋的和可怕的。我们需要为将来的突破作准备，但很多未来学家却故意谎称不会有任何突破产生。

　　这个思想体系是和一篇题为《增长的限制》的文章有关的，它是作为一个报告在罗马俱乐部首次发表的。Mihajlo D. Mesarovic教授以后又和人合作写了《人类处在转折点》，作为罗马俱乐部的第二篇报告。Mesarovic教授发展了类似于《增长的限制》中使用的计算模型——每个都是一组数据和方程描述未来的世界人口，经济，和环境。在1981年春天，他访问了MIT参加了题为“有限的地球：可以负担的未来的世界观”的研讨会，就是那个以Jeremy Rifkin's 的熵理论为号召的研讨会。他提出了一个模型试着粗略地描述下个世纪。当被问及他或他的同事是否同意未来会有至少是一个方面的突破，比如，石油工业，飞机，汽车，电力，或计算机——或许自复制机器人系统或便宜的空间运输？——他直接回答说：“不”。

　　这种关于未来的模型显然是错误的。而一些人似乎愿意——甚至渴望——相信突破将会突然停止，几个世纪以来的全球技术竞赛会在不远的将来突然刹住车。

　　忽视和否认技术进步的可能性是一个普遍存在问题。一些人相信合理的限制因为他们听到一些受人尊敬的人在争论这些问题。在经历了本世纪的加速发展之后，似乎一些人对希望比对事实更有兴趣。温和的限制将使我们的未来变得简单，容易理解和让人觉得舒服。对温和限制的信念也会缓解人的烦恼和责任。毕竟，如果自然的力量可以方便而自动地停止技术竞赛，我们也就不必费心去理解和控制它了。

　　最好的情形是，这种逃避在感觉上不象逃避现实，苦思凝想未来全球下滑的景象使人感觉自己是在勇敢地面对现实。虽然这样的未来没什么新的东西：它会迫使我们走向欧洲的过去和第三世界的现在。真正的勇气需要我们面对真实，面对一个没有自动刹车的加速改变的世界。这对我们提出了智力，道德，和政治上的实质性的挑战。

　　假的限制警告会引起加倍的伤害。首先，它们使限制的观点不被信任，使我们用来了解未来的智力工具变得迟钝。更糟的是，这种警告转移了对真正问题的注意力。在西方世界存在着一个政治传统鼓励对技术的怀疑，从这方面来说，它首先通过测试技术来训练这种怀疑，然后选择可用的策略来引导变化，这一传统对生命和文明的生存是很有贡献的。但是关心技术和未来的人是有限的资源。世界不能浪费这种资源。即将面临的问题需要更微妙的策略。

　　没人能肯定地说什么问题是最重要的，或什么策略是最好的解决方法。但我们可以看到很重要的新问题，我们可以通过不同的许诺程度来辨别策略。简而言之，我们能看到足够的和未来有关的事情并识别什么目标是值得去努力的。　 

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