全球粮食危机与熵定律

作者：庄礼伟
文章来源：本文原载《南方都市报》2008年4月19日

        粮食供应影响人类的存续，是最重要的公共事务之一。1918年日本曾发生严重的粮食供应危机，有约1000万日本人参加了抢米和相关的抗议行动，史称“米骚动”。2008年，由于粮食供应紧张和粮价持续上涨，“米骚动”事件在全球数十个国家发生，全球绝大多数国家的经济与民生都受到波及。

　　这场全球粮食危机的深广程度表明在它背后存在一些结构性原因和结构性走向，本文试图从熵定律的基本假定出发来做一些探讨。

　　热力学第一定律认为能量是守恒的，换言之是流转不息、不会湮灭的。热力学第二定律（即熵定律）则认为在不受外界影响的孤立系统内，能量只能朝着一个方向转化，即从可利用到不可利用，从有效到无效，从有秩序到无秩序。熵，就是最后不能再被转化作功的无效能量的总和的测定单位。熵定律进一步认为，宇宙万物都是从一定的价值与结构开始，然后不可挽回地走向混乱、荒废。熵定律还认为，无论在地球上还是宇宙或任何地方建立起任何秩序，都会以周围环境更大的秩序混乱作为代价。

　　1981年,美国人杰里米·里夫金和特德·霍华德出版了《熵:一种新的世界观》一书，把熵定律用于对人与环境关系的观察和预测，认为在人类居住的地表环境中，熵值的逐渐增长是一个不可逆转的自然内在现象，特别是随着人类生产、生活方式的无节制发展，熵值的增长还可能加快，最终将引起地表环境的全面崩溃；尽管这个结局是不以人的意志为转移的，但人类可以通过自身努力尽量使这种结局向后推迟。

　　就在农业领域的“绿色革命”让人们觉得今后粮食供应不再是问题的时候，该书敏感地预言未来人类将遭受粮食危机，其立论基础是：现代农业是大量消耗矿物能源的“高熵农业”，缺乏可持续性。

　　书中举例说：在传统农业时代一个农民以1卡能量的体力支出，可产出10卡能量。现在美国一个农民以1卡能量的体力支出，可产出6000卡能量。但若把整个过程中其它能量的加入算进去，这种表面上的高效率不过是宏伟的假象而已。仅是为生产一个270卡的玉米罐头，就需消耗2790卡能量，其中大部分能量消耗在农业机械的使用上以及化肥和杀虫剂方面。总的来看，一个现代美国农民用掉10卡，方可产出1卡能量，效率其实很低。

　　这种生产方式密集地使用以石油等能源为动力的农业机械，和以石油等矿物为原料的化肥、农药、塑料，因此也被称为“石油农业”。目前中国农业同样在向“石油农业”或“高熵农业”转变，它的好处是可以生产出大量粮食，缺陷则是依赖和大量消耗能源、矿物，使农业成为石油消耗大户，同时对地表环境造成严重破坏。

　　根据前述熵定律，现代农业所建立的精密的生产秩序，是以地表环境中更大的秩序混乱为代价的。农业产量的有限增长与整个地表环境中巨大的能量耗散不成比例，并且，许多四处散逸的处于无效状态的能量对土壤与河湖水系造成了严重污染。大量使用化肥造成了土壤结构失序、退化，大量使用农药在害虫具有抗药性之后只能使用更多、更具有生物杀伤性的农药，恶性循环有增无减。农业的高能耗使得农产品成本越来越高，而原先“高能量投入必然带来高粮食产量”这个如意算盘也因为土壤秩序受到破坏而逐渐失效。就世界范围而言，由于农业越来越依赖石油等非再生资源，粮食危机将难以避免。

　　因此，出版于1981年的《熵：一种新的世界观》预言说：“1979年夏，沮丧、愤怒的人们为购买汽油排起了长龙，然而这还不过是热身赛而已。在未来的年代里，他们将在食品杂货店前排起长龙。”对于中国来说，如果高熵农业的趋势得不到缓解，成本增长和土壤退化必将使廉价粮食时代不复存在。

　　其实，不仅是农业生产处在熵值越来越高的状态，巨型城市和城市中的摩天大楼，也同样造成了能量的过度投入与四处耗散。另外我们还看到，现代战争中阿帕奇攻击直升机在天上消耗大量石油，却只是为了杀人。超市食品的过度包装，也是在大量消耗地球能量。塑料、金属如果没有被回收利用而是被掩埋到环境中，都将产生熵或能量的废弃。

　　从而，“低熵农业”、“低熵工业”、“低熵生活”、“低熵社会”等等已经成为人类为维系自身生存所必须做的事情，这样做也是为了给子孙后代留下足够的生存资源。

　　方舟子先生曾对《熵：一种新的世界观》提出过质疑，他认为熵定律只适用于孤立、封闭系统，但地球并不是一个孤立、封闭系统，而是一个开放系统，可以从外界（太阳）吸取大量能量，使无效的能量重新变成可用的能量。按方先生的说法，我们以及我们的子孙后代不必担心地球表层有效能量的减少和堆满了大量的熵，太阳可以为地球解困。

　　方先生的这一见解有其科学上的准确性，地球表层确实不是一个孤立、封闭系统，熵定律关于地球表层能量的立论确实过于绝对。但这并不妨碍熵定律可以相对地发挥其理论解释功能。尽管有太阳能的恒定输入，但从人类大量使用不可再生能源和地球矿产物质的情况来看，他们的能源环境是相对封闭的，物质环境则是基本封闭的；太阳能量的输入固然能为地球上被搞乱了和耗散了的能量重建秩序，从而让它们可以重新被人类所利用，但那将需要一个地质年代上的时间长度。方先生或许忘了人类生存环境在时间上也具有相对封闭性，太阳重建地球表层能量秩序所需时间以亿万年计，远远赶不上人类生存环境中熵值的增长速度，指望太阳来使地表无效能量变成有效能量，越来越能制造熵并面临环境秩序崩溃的人类恐怕是等不及的。

　　同时我们也可以来看看前述书籍的书名：《熵：一种新的世界观》。尽管熵定律在科学上存在争议并且不能完全准确地对应地表环境，但在人类的生活哲学、生活观念上，熵定律可以是一个必要的假设（即人类生存所需的能量将越来越少，被耗散的能量对地表的污染将越来越大）。这就像宗教关于神的论述无法从科学上得到证明，但神可以作为人类精神生活中的一个必要的假设。从格调悲观的熵定律出发，可以对人类目前主流的生产、生活方式提出警告。更何况在人类社会的一定时间内而非地质时间内，耗散了的能量确实难以重建，人类目前所面临的资源短缺困境也是一个不争的事实。因此，基于人类生存环境在时间和空间上的相对封闭性，基于人类越来越强的造熵能力，熵定律的悲观预警具有一定的说服力、思想价值和现实必要性。

　　我本人并不相信历史观念中绝对的进步论（如生产力决定生产关系，随着生产力水平的不断提高，未来社会一定会更加美好）和绝对的退化论（如熵定律对人类生存环境远景的预测，不过它可以作为一个“必要的假设”），我相信的是，人类的命运无论是好是坏，都取决于他们对自身、对他者、对环境的态度。“万物并作，吾以观复”，人类在高扬其主体性的同时，也要看到其自身在自然环境中的相对性，自然环境是人类的母亲、人类的本源，人类在建立自身生活、生产秩序的同时，也要尊重自然环境的本来秩序。