4.1.1 能源的性质

人类所利用的能源都是来自自然界。

最早的能源是最容易获得的能源：阳光、食物。

阳光：中午、直射、晴朗条件下，每平方米的阳光的功率为1千瓦（大约等于发达国家或者中国沿海城市的平均家庭用电量）——万物生长靠太阳；

食物：成人每天需要大约2000卡热量（每卡大约相当于1瓦时）——大约是1平方米的充足阳光照射1小时。

阳光可以直接得到；食物是植物或动物合成的能量（几月到几年的时间）的短时间释放。

——自然界长期积累的能量在人类利用过程中的短时间释放是人类获取能源的基本方式。打破这一方式才是真正意义上的能源革命。

人类在能源利用方面第一个革命是“火”的利用——以木材为主的史前阶段的能源结构。

“火”的利用提高了从食物中摄取能量的效率，提供了阳光不足（夜晚和冬天——斜射，要乘以一个斜射角度余弦的平方）的条件下的能源。

木材对太阳能量的转换和聚集，时间尺度在1年到上万年。

煤的发现和使用——金属的冶炼，人类文明的开始。

蒸汽机与电力的发明开始了煤作为能源的大规模使用时代。而人类对“便携”（portable）能源的需求导致石油时代的到来。

煤对太阳能量的转换和聚集，时间尺度在上千万年（新生代的第三纪）甚至上亿年（古生代的石炭纪）。石油对太阳能量的转换和聚集的时间尺度大致相同。前者主要来源是陆地植物，后者主要是海洋有机物。

这里需要特别说明的是水利资源。表面看其聚集的周期是年。但是实际上水利能源依赖于地形。而地球的形成是几十亿年。而且水利资源受到一个国家的幅员和地形的限制。

原子核能来自于宇宙形成的初期（大约130-140亿年前）——首先是轻核生成（大爆炸后几分钟），然后是重核生成（大爆炸后4-5亿年）。但是比铁更重的核（比如铀和钚）则是在更晚的超新星爆发中形成的。

我们得到第二个结论：一种含能源的物质存在的时间尺度越长，释放这种能源的“门槛”就越高；而其存在的时间尺度越短，就越容易耗尽。轻核聚变（太阳能本质上也是轻核聚变能源）是目前门槛最高、最不容易耗尽的能源。但是如果我们能够利用在夸克-胶子的层次的能源，那才可能真正是“最后的”能源。