（西方经济学专业论文）技术进步与经济增长：一个能量和物质的视角.pdf

摘要 在经济增长理论研究中，新增长理论克服古典增长理论中技术为外生因素的 缺陷，把技术进步内生化。但其主要关注知识与技术受经济系统内部因素影响并 演化的机制，对知识与技术进步导致产量增加的具体作用途径并未展开深入分 析。在新增长模型中，代表技术的自变量几乎都直接出现在总量生产函数中，技 术增进体现为自变量值的增加从而直接导致产量增加。然而现实情况并非如此简 单。通过考察生产过程，可以发现知识与技术进步一方面减少人们在生产中所作 的无用功，提高生产效率；另一方面促使代替人力的机器的功率不断增大，提高 生产能力。这就是知识与技术进步使产量增加的两个机制。只依靠第一个机制， 知识与技术进步带来的产量增加是有限的，即使人们在生产中不浪费任何能量， 仍然要消耗完成生产所必须耗费的一个能量值，这是由自然物质和合意物品之间 的性状差异决定的。本文通过对生产过程的抽象和提炼，推导出生产函数的具体 形式，建立一个经济增长模型研究生产效率、知识存量及机器功率的演化，从不 同于以往的研究角度探讨知识与技术进步促使经济实现持续增长的机制，力图为 更全面地理解经济增长提供一个新的分析框架。 本文第一章导论部分从能量和物质的角度考察生产过程，认为它是一个以自 然物质为对象，合意物品为目标，通过耗费能量促使前者转变为后者的过程。这 就是本文的核心思想。第二章研究人们利用自身力量进行生产的人力经济，得出 最终产品的生产函数，分析生产效率提高及其代表的知识与技术进步的机制，指 出人力经济的增长率在长期趋于零，为第三章的分析奠定基础。第三章是本文的 核心部分，把机器引入生产过程，研究机器化大生产的机器经济，分析技术进步 与制造更大功率机器的困难程度之间的关系，证明技术进步使机器最优功率增 加，从而经济可以持续增长，增长率在长期趋向一个常数。第四章是对模型进行 拓展的一个尝试，考察了完全竞争均衡市场中的情形，并且比较了与新古典增长 模型的异同。 关键词：生产过程；能量；经济增长 a b s t r a c t n e wg r o w t ht h e o r yh a sm a d et e c h n o l o g i c a lc h a n g ee n d o g e n o u s ，o v e r c o m i n gt h e f l a wo fe x o g e n o u st e c h n o l o g yi nt h en e o c l a s s i cg r o w t ht h e o r y t h en e wg r o w t h t h e o r yg i v e sm a i na t t e n t i o nt ot h em e c h a n i s mt h a tt h ei n t e r n a lf a c t o ri ne c o n o m i c s y s t e ma f f e c t st h ek n o w l e d g ea n dt e c h n o l o g i c a lc h a n g e h o w e v e r i th a sn o tp r o v i d e d t h o r o u g ha n a l y s i so nt h ed e t a i l e dw a yt h a tt h ek n o w l e d g ea n dt e c h n o l o g i c a lc h a n g e r a i s et h eo u t p u t i nt h en e wg r o w t hm o d e l s ，t h et e c h n i c a li n d e p e n d e n tv a r i a b l e a l m o s ta p p e a r si nt h ea g g r e g a t eq u a n t i t yp r o d u c t i o nf u n c t i o nd i r e c t l y h e n c et h e t e c h n o l o g i c a lc h a n g ei se m b o d i e di ni n c r e a s eo ft h ei n d e p e n d e n tv a r i a b l ea n di n d u c e d i n c r e a s eo fo u t p u td i r e c t l y h o w e v e rt h er e a l i s t i cs i t u a t i o ni sn o ts os i m p l e i n s p e c t i n g p r o d u c t i o np r o c e s s ，w ec a l ld i s c o v e rt h a tt h ek n o w l e d g ea n dt e c h n o l o g i c a lc h a n g e r e d u c ew a s t i n gw o r k so fp e o p l ei n t h ep r o d u c t i o n ，a n de n h a n c et h ep r o d u c t i o n e f f i c i e n c y o nt h eo t h e rh a n d , t l l e yi n c r e a s em a c h i n ep o w e ru n c e a s i n g l yt oi m p r o v e p r o d u c t i v i t y t h o s ea r et w om e c h a n i s m st h a tt h ek n o w l e d g ea n dt e c h n o l o g i c a lc h a n g e r a i s et h eo u t p u t d e p e n d i n go n l yo nt h ef i r s tm e c h a n i s m ，t h eo u t p u ti n c r e a s ec a u s e d b yt h ek n o w l e d g ea n dt e c h n o l o g i c a lc h a n g ei sl i m i t e d e v e ni fp e o p l ed on o tw a s t e a n ye n e r g yi n t h ep r o d u c t i o n ，f o rc o m p l e t i n gt h e p r o d u c t i o nm e ys t i l l h a v et o c o n s u m eac e r t a i ne n e r g yw h i c hi sd e c i d e db yt h ep h y s i c a lc h a r a c t e r i s t i cd i f f e r e n c e b e t w e e nd e s i r a b l eg o o d sa n dn a t u r a lm a t e r i a l t h r o u g ha b s t r a c t i n ga n dr e f i n i n g p r o d u c t i o np r o c e s s ，t h ep a p e ri n f e r st h ep r o d u c t i o nf u n c t i o n ，e s t a b l i s h e sag r o w t h m o d e lt o s t u d ye v o l u t i o n so ft h ep r o d u c t i o ne f f i c i e n c y , t h ek n o w l e d g es t o r a g e q u a n t i t ya n d t h em a c h i n ep o w e r , a n dd i s c u s s e st h em e c h a n i s mt h a tt h ek n o w l e d g ea n d t e c h n o l o g i c a lc h a n g eg u a r a n t e es u s t a i n e dg r o w t hw i t ht h ep o i n to fv i e wd i f f e r e n tt o t h ef o r m e r s s oit r yh a r dt op r o v i d ean e wa n a l y s i sf r a m e w o r kf o ru n d e r s t a n d i n g e c o n o m i cg r o w t hm o r ec o m p r e h e n s i v e l y t h ei n t r o d u c t i o ni n s p e c t st h ep r o d u c t i o np r o c e s si nt h ev i e w p o i n to fe n e r g ya n d m a t e r i a l ，p o i n t i n go u tt h ep r o d u c t i o np r o c e s si st h eo n et h a tt a k i n gn a t u r a lm a t e r i a la s o b j e c t ，d e s i r a b l eg o o d sf o rg o a l ，e n e r g yi sc o n s u m e dt ot r a n s f o r mt h ef o r m e ri n t ot h e l a t t e r t h a ti st h em a i np o i n to ft h i sp a p e r t h es e c o n dp a r ts t u d i e sm a n p o w e r e c o n o m y , n a m e l yp e o p l eu s et h e i ro w ns t r e n g t ht op r o d u c e ，o b t a i n st h ep r o d u c t i o n f u n c t i o no ff i n a lp r o d u c t ，a n da n a l y z e sp r o d u c t i o ne f f i c i e n c ye n h a n c e m e n ta n dt h e m e c h a n i s mo ft h ek n o w l e d g ea n dt e c h n o l o g i c a lc h a n g et h a tp r o d u c t i o ne f f i c i e n c y e n h a n c e m e n tr e p r e s e n t s m o r e o v e rt h i sp a r tp o i n t so u tt h eg r o w t hr a t eo fm a n p o w e r e c o n o m yt e n d st oz e r of o ral o n gt i m e ，l a y i n gt h ef o u n d a t i o nf o rt h ea n a l y s i so ft h e t h i r dp a r t t h et h i r dp a r ti st h ek e ys e c t i o no ft h i sp a p e r i n t r o d u c i n gm a c h i n et ot h e p r o d u c t i o np r o c e s s ，is t u d yt h em a c h i n ee c o n o m yu s i n gm a c h i n e st op r o d u c e ，a n d p a r s e t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e nt e c h n o l o g i c a l c h a n g e a n dt h ed i f f i c u l t yi n m a n u f a c t u r i n gh i g h e rp o w e rm a c h i n e s b e s i d e sip r o v et h a tt e c h n o l o g i c a lc h a n g e m a k e st h eo p t i m u mm a c h i n ep o w e rt oi n c r e a s e ，t h u st h ee c o n o m ym a y k e e ps u s t a i n e d g r o w t h ，a n dt h eg r o w t hr a t et e n d st oac o n s t a n tf o ral o n gt i m e t h ef o u r t hp a r ti sa n a t t e m p tt od e v e l o pt h em o d e l i nt h i sp a r tii n s p e c tt h ec o m p l e t ec o m p e t i t i o n e q u i l i b r i u mm a r k e t ，a n dc o m p a r et h em o d e lw i t ht h en e o c l a s s i cg r o w t hm o d e l k e yw o r d s ：p r o d u c t i o np r o c e s s ；e n e r g y ；e c o n o m i cg r o w t h 图列表 图1 生产率及其增长率、知识与技术存量及其增长率的时间路径1 4 图2 差距先扩大后缩小的赶超过程1 7 图3b 1 ，故c 0 ，a 将随着时间的推移而增加。另外，在式( 2 1 2 ) ，t o l - q 的 假设下，有c l 。 技术进步与经济增长：一个能量和物质的视角 如果用t = 0 时的雷余程度r 和生严过程的改进潘力p o 表不c 时诘有 c = 等 ( 2 2 2 ) 式( 2 2 2 ) 表明c 等于初始时刻的生产率与富余程度之积再除以改进潜力。此外， 还可以利用式( 2 1 0 ) 、( 2 1 2 ) 和( 2 1 3 ) 可以把c 表示为 。 c = 丽, u o2 篇 ( 2 2 3 ) 彳岛1 一旦铂 、。 式( 2 2 1 ) 、( 2 2 2 ) 和( 2 2 3 ) 给出了a 的动态路径( 2 2 0 ) 中固定常数c 的三种等价表示 形式，可以依照情形选取以便于表述。经济中人们富余程度r 的动态为 r ：嘴 亿2 4 ， 1 + 么( 一，u n v 由上式可知f 一时有r 一( 五一1 ) 五。类似的，经济中改进潜力p 的动态为 p = 五万a - 丽1 ( 2 2 5 ) l + ( 冶r1 ，”p ， 由上式可知t - - ) 0 0 时有p 一0 。 由生产率a 的动态式( 2 2 0 ) 并利用知识与技术存量的定义式( 2 1 5 ) 可得知识 与技术存量k n 的动态方程 砌：生骘竺 ( 2 2 6 ) 1 一三 在f = 0 时，经济的知识与技术存量k n o 与生产率4 的关系为 砜= 巧a 4 , ( 2 2 7 ) 下面考虑生产率彳及其代表的知识与技术存量k n 以及最终产品产量f 的增 长率。首先，由式( 2 2 6 ) 可知知识与技术存量砌的增长率为 舻掣一 l + 么c 钞厂h v 由式( 2 2 8 ) n - 知g 砌随着时间的推移略有提高，在f 一时一( j 一1 ) 叩( 三) 。 。4 、或和心由式( 2 1 2 ) t t 0 ( 2 1 3 ) 联系在一起，确定其中任何一个的值，其余两个也随之确定 1 2 第二章人力经济：无机器经济的分析 其次，由式( 2 2 0 ) 可得生产率a 的增长率乳为 铲鲁一班尚一仁2 9 ， g ，= g _ + g l ( 2 3 0 ) 其中g l 为人口增长率。如果不考虑人口增长，那么总产量的增长率、人均产量 g r = g ，= g a ，g 工= 0 ( 2 3 1 ) 由式( 2 2 8 ) 矛1 1 ( 2 2 9 ) 可知，较大的人口l 对生产率和知识与技术存量的增长是有利 发现，生产率提高得也就越快。此外，当t 寸时有g 一o ，经济在长期将逐渐 停止增长。考虑g _ 随时间的变化率 铲两涪丽( 卜凇2 知。酢p ) ( 2 - 3 2 ) 定义砭为经济能够保持色o 即人均增长率不下降的时间长度，则有 t r = 2 ( 1 1 1 4 m - 1 ) t c r i p 2 、( l ) ( 2 3 3 ) 。 ( 2 3 3 ) 利用式( 2 2 3 ) 消去c 可以得到 瓦= 端。2 2 亿3 4 ， 耻布端 q 3 4 ) 可见初始时刻越落后，即以越小，经济能够保持人均产量增长率不下降的时间 就越长。但是这并不意味着落后的经济可以通过在较长一段时问内保持人均产 量增长率不下降获得较高的人均产量。事实上，较大的砭表示落后的初始状态 需要花更多的时间才能达到同样水平。人均产量增长率乳一开始随着时间上升， 。以越小意味着爿。越接近1 ，这等价于“和见分别越接近。和( 1 旦) 。故( j 爵露) 会随着4 接 近1 增长得很快，相应的瓦也会越大 1 3 技术进步与经济增长：一个能量和物质的视角 到达最大值之后便随时间下降，并逐渐趋向零。在色= 0 时g 。取到最大值，用或 表示 g ：= ( 打一1 ) 2 印( 三) ( 2 3 5 ) 此时的生产率，即人均产量为 么( 瓦) = j ( 2 3 6 ) 式( 2 3 4 ) 说明落后的经济需要更长的时间能才达到人均产量增长率的最大值，式 ( 2 3 5 ) 指出这个值与j ，盯，l 正相关，式( 2 3 6 ) 给出与这一最大增长率对应的人 均产量，其数值只与人均产量的上限j 有关。图1 描绘了生产率彳及其增长率 g 一，知识与技术存量砌及其增长率g 勋随时间变化的路径。 打 4 2 + 岛 o 图1 生产率及其增长率、知识与技术存量及其增长率的时间路径 生产率彳从4 开始随时间逐渐增加，在t 哼0 0 时趋近彳。么的增长率g 一一开始 逐渐上升，当t = 砭时a 有最大的增长率g 二，之后g j | 随时间下降，并在f 专0 0 时趋向 零。此外，人们生产单位产品所作的无用功口从岛开始随着时间逐渐下降，在f 0 0 时 趋向零，这在图中显示为( q + a ) 在，一时趋向旦。最后，知识与技术存量砌随时 间不断增加，k n 的增长率在，j 趋向( j 1 ) 叩( l ) 。 1 4 第二章人力经济：无机器经济的分析 第四节赶超的可能性及过程 “掣，由式( 2 2 1 ) 知c c 口。考虑两个经济人均产量的差距( 彳。一彳口) ，利用 小 誉一 定义疋为经济i 能够保持相对经济i i 的优势即a 1 a 2 的时间长度，则有 i n i c l | c h 、 驴f 砸旃向 亿3 8 从式( 2 3 8 ) 可以得到几个有意义的结论。首先，仃口妒( ) 盯。缈( ) 是经济i i 能够赶超经济i 的充分必要条件。如果一伊( ) 盯缈( r ) ，则无论两个经济差 伊( ) d 缈( r ) ，则无论两个经济初始差距多小，经济i i 都无法超过经济i 。 间乏就越长 。 的问题，而且希望了解两个经济的差距( 4 。一彳口) 动态变化情况。假设经济i 领 仃口缈( ) 一缈( ) 。把( 彳7 一彳盯) 对时间f 求导得 f l q 式( 2 2 1 ) 可知( “群) 越大意味着( c 7 c “) 就越大。 1 5 技术进步与经济增长：一个能量和物质的视角 d ( 彳7 - a 盯) 考虑t = o 时的情况 = ( 五一 一缈( ) c 盯p ) 一妒 ( - 州) 2 ( 2 3 9 ) 中叫2 篱一篱 仁4 。， 经济i 虽然总会被经济i i 赶超，但是在经济发展的初期仍然可能出现经济i 与经 济i i 差距扩大的现象。这意味着在t - - 0 时一定有 利用式( 2 4 0 ) 可得 o 为了便于考察式( 2 4 2 ) 的经济意义，利用“和掣代替上式中的c 。和c 口 ( 2 4 1 ) ( 2 4 2 ) 嬲 锱 ( 掣一1 ) ( 彳一彰) 7 盯7 缈( ) 卜1 叫 式( 2 4 3 ) 并不总是有解的，给定盯7 、仃口、鲜和五，只有当它们满足 以下关系时，才存在一个“的范围，使得在初期出现经济i 与经济i i 差距扩大 的现象。为了让名有解，首先要满足 其次要满足 ( 删卅) 锱 1 可以得到群的一个范围 1 篙 鬈 ( 2 4 6 ) 当式( 2 4 6 ) 衍j j 满足时，可以从式( 2 4 3 ) 得到“的一个范围 。 “ 彳 0 。在， 管。 两个经济的差距不断扩大，这种情况持续到f = 瓦为止，之后两个经济之间的差距不断 表示当式( 2 4 4 ) 取等号时群可以表示为( 盯盯r 盯7 r ) 和j 的函数。 1 7 技术进步与经济增长：一个能量和物质的视角 缩小，在f = 乏时，经济i i 达到和经济i 相同的人均产出水平，并随后超过经济i 。 简言之，即使由于矿缈( ) 盯7 缈( ) 使得经济i i 总能超过经济i ，但是这 并不意味着经济i i 与经济i 之间的差距从一开始就会缩小。事实上，如果经济i i 的人均产量初始值掣满足式( 2 4 6 ) ，则存在由式( 2 4 7 ) 决定的经济i 的人均产量 初始值“的一个范围，如果名落在这个范围内，就会出现在发展初期经济i 与 经济i i 的差距仍然不断扩大的现象。并且，经济i i 的人均产量初始值笤越小， 则出现这一现象的可能性就越大。这种现象会持续一段时间直到t = 不，从那时 起经济i i 开始赶超经济i ，并在f = 疋时人均产量超过经济i ，从而完成赶超。 当“和筹不满足式( 2 4 6 ) 和( 2 4 7 ) 这两个条件中的任何一个时，则不会出现 上述现象。经济i i 会在一开始时就缩小与经济i 的差距，并在，= 疋时开始超过 经济i 。 1 8 第三章机器经济：持续增长的实现 第三章机器经济：持续增长的实现 第一节机器化大生产 即使考虑知识与技术的进步，人力经济也无法带来持续的增长，这样的结论 或许有些悲观。然而克雷默( k r e m e r ，1 9 9 3 ) 也提到，人类从史前时期到工业革 命之前的漫长历史中，只获得了极为有限的收入增长。可以想像，如果人类现在 还停留在利用自身力量进行生产的阶段，人均产量就不可能获得如此巨大的提 高。麦迪逊( m a d d i s o n ，1 9 8 2 ) 的研究表明，在8 0 年代早期的美国，人均产量 就已经是1 0 0 年的1 0 倍了。相信没有人会不认为这得益于工业革命带来的机器 化大生产。 科学研究已经清楚无误地表明永动机是不存在的。所有的机器如果没有输入 能量都无法运转。从煤炭、燃油到电力，各种各样形式的能源为机器提供了动力。 人类依靠食物为自身提供能量并在需要的时候把这些能量转化为动能进行各种 活动。而机器在运转的时候可以把以各种形式输入的能量转化为动能，这一点与 人类相似，所以机器能够为人们所利用。因此，与人们通过做功来改变自然物质 性状进行生产的道理一样，能够输出动能的机器在生产中也可以“做功”，从而 可以起到替代劳动力的作用。人和机器都可以“吸收 其他形式的能量并转化为 动能，从能量流转的角度看，人与机器是类似的。但是不能因此就简单地把机器 与人等同起来。人与机器的有着