反热寂论与可持续发展

1、反热寂论与可持续发展原载：中国社会科学(京)1997年06期,第63-74页鲁品越，1949年生，南京大学哲学系教授。本文指出:遵循热力学第二定律的自发能量转换过程，绝非“可用能量”不断丧失的过程，而是给定环境下能量转化条件(尚未被自由随机运动占领的可能微观态)递减过程，由于可能微观态数目并非守恒量，所以热寂说不能成立。此外，该定律描述的自由随机运动趋势，绝非事物唯一发展趋势，还有与其相抗衡的物质间相互作用力所产生的决定论趋势。这两种运动趋势的对立统一，构成了有结构非线性耗散过程，形成了生态社会超循环回路。以此为基础，作者提出了关于可持续发展的一系列新思路。一、熵定律的本质与热寂说的曲解对宇宙

2、热寂说和社会热寂说，许多人怀着一种矛盾的心情。一方面，他们从情感上反对它的悲观主义预言，但同时又被它的科学外衣所迷惑，承认这些预言与热力学第二定律(又称“熵定律”)的等价性。所以，反对热寂说的人们，总是把他们的目光集中于限定该定律的适用范围上。这种努力并没有得到令人满意的结果，因为无论是从理论还是从实践来看，热力学第二定律是放之四海而皆准的普适定律。人们没有认识到:表面上似乎十分“科学”的热寂说，实际上是以对热力学第二定律本身的曲解为基础。一切形式的热寂说的共同理论基础，是确认热力学第二定律的“实质”在于:宇宙一切自发的能量转化过程都是集中度高的“可用能量”(又称“有效能量”)不断丧失，转化为

3、集中度低的“无用能量”(又称“无效能量”)的过程，熵是“不能再被转化作功的能量的总和的测定单位”。据此，“熵的增加就意味着有效能量的减少，每当自然界发生了任何事情，一定的能量就被转化成了不能再作功的无益能量。”(1)由于能量守恒而有限，于是终有一天， “可用能量”将全部转化为“无用能量”，世界末日便宣告来临。因此，不管干任何事情，生产也好，治理环境也罢，都是变可用能量为无用能量，都是创造人类和世界的末日。这就是热寂说的全部理论根据和结论。按照此说，要避免末日来临，自然界和人类只好“任何事情”也不要发生:不要举手投足，连心脏也不要跳动，不要生产，不要治理环境，更绝对不要持续发展！此等“理论”的荒

4、谬绝伦，实在令人瞠目结舌！实际上，这样理解的“热力学第二定律”，已经根本不是热力学第二定律本身，而是对它的彻头彻尾的曲解。首先，把能量分为集中度高的“可用能量”与集中度低的“不可用能量”两类，本身就是反科学的。科学一要尊重实验证据，二要尊重逻辑的自洽。从经验证据上看，能量的各种形式，如原子核能、化学能、电磁能、机械能、热能等等，没有哪一种是绝对“可用”或“不可用”的。原子能集中度极高，应当是“可用能量”，然而如果没有找到恰当的途径使其释放，这种“可用性”(即可转化性)不过是句空话，巨大的原子能将永远被禁锢在原子核中，得不到转化的机会。已经达到平衡态的系统中的热能，按照此说，应被视为高度分散的“

5、等级最低”的“无用能量”。但是，我们可以将它作为温度与其相异的其它物质的热源或冷源，构成“卡诺热机”，使其中能量发生转化而做功。所以，那种在任何条件下永远不可转化的“无用能量”，实属理论家的空想，没有人能够指出一个具体实例。再从理论上看，说能量转化是“有用能量”转化为“无用能量”，本身已经违背能量守恒定律。能量的本义就是做功的本领，运动转化的潜力。因此，能量守恒定律的本义即是这种“潜力”或“本领”永远不会创生和丧失。“无用能量”、“不可转化的能量”，在逻辑上完全等价于“不能做功的做功本领”、“不能转化的转化潜力”，是自相矛盾的荒唐概念。因此，如果真的有什么能量转化为“无用能量”，那么就意味着能

6、量本身的消失，“无用能量”已经没有资格再称为什么“能量”。科学的基本原则不允许这样荒唐的概念，它要求我们:当我们说物质内部含有一定能量时，此能量必须能够在一定条件下通过转化而表现出来，能够加以实验测量，能够做功。如果我们说某物含有多少“能量”，同时又说这些能量任何条件下都是“无用能量”，不可能转化，即不可能表现出来这是毫无意义的废话。这正像说一个人有多大能力，但同时又说不论给此人以何种条件，该能力都绝无可能表现出来，是一句废话一样。因此，无论从理论还是现实上，我们完全有理由断定:遵循热力学第二定律的能量转化过程，决非能量本身的转化能力的不断丧失，不是能量本身从“有用能量”转化为所谓“无用能量”

7、。但是热力学第二定律的确告诉我们:系统在能量转化过程中形成“能量递降阶梯”，转化趋势越来越弱。这又是怎么回事？这个阶梯中“递降”的如果不是能量本身的转化能力，那么会是什么东西？这是隐藏在热力学第二定律中的最令人困惑的宇宙之谜，是这条定律的奥义之所在。本文将揭破这个百年之谜:热力学第二定律的本质，在于指出热力学系统中存在着其内部粒子的自由随机运动不断扩张的趋势，它造成系统能量“降阶”式转换。在这转换过程中，不是能量本身的转化能力不断丧失，而是系统与环境所具有的转化条件不断递减，也即未被系统中粒子的自由随机运动占领的可能的微观态范围不断缩小。其中道理，如下所述:众所周知，所谓“热力学系统”，是由巨

8、大数目的结构单元(或称“粒子”)组成的宏观物质系统，不论这些结构单元是什么，如原子、分子、物体，以至社会事项。(2 )其中各粒子间一切相互作用力(如万有引力、电磁力等等)，以及粒子内部结构，已经统统撇开。于是，热力学系统即是由完全对称的(无差异的)数学上的“元素”组成的系统。而热力学系统的每一宏观态，由相应的一组宏观参量(如温度、压强等等)来刻画。很明显，当该系统处于任一宏观状态时，我们将系统中的任意两个或多个粒子的位置、速度相互调换，即从一种微观排列状态(简称“微观态”)，转换为另一种微观态，由于分子间的无差异性，该宏观态会保持不变正像我们在某军队中，将两个素质无差异的士兵调换岗位，军队总体

9、状态保持不变一样。系统在这些微观态中变来变去，其宏观态保持不变。设保持某一宏观态不变的所有微观态的总数为W，那么，我们定义SK lnW(K 为“玻尔兹曼常数”)为该宏观态的“微观自由度”或“熵”。这里对W取自然对数， 只是为了便于计算与处理的数学手段，并不具有本质性意义。因此，为了叙述方便，我们可以将热力学系统某一宏观态的熵，直接理解为该宏观态所包含的可能微观态的总数。这种理解，并不影响我们对熵的本质的把握。我们要研究的问题是:系统内部的自由随机运动，也即自发的能量转换过程，会使系统朝哪个宏观态发展？按照概率论公理，系统总是自发地朝着实现几率大的宏观态发展。而任一宏观态的实现几率，应当等于它所

10、包含的所有可能微观态的实现几率之和。在忽略粒子间物理相互作用、同时粒子间无差异的情况下，一切在数学上可能微观态都是对称的、平权的，所以它们的实现几率应相等，此称“等几率假设”。于是系统的某一宏观态的实现几率，与它包含的可能微观态的总数W (也即该宏观态的熵)成正比。包含的可能微观态总数最大的宏观态，是系统的最可几状态，它是系统自发地趋向的平衡态。由此我们得到结论:热力学系统的熵自发地趋于增大，直至达到熵最大、因而实现几率最大的平衡态为止这就是热力学第二定律。它以极其简单而普适的数学公理作为其立论的基础，因而具有无可比拟的简单性与普适性。因此，爱因斯坦称它是“唯一具有普遍内容”、“绝不会被推翻”

11、的自然定律。一切自发的能量转换过程，无不遵循着该定律。热力学第二定律的核心概念是“熵”。如上所述，系统在某一时刻的熵，等于此时刻系统所处宏观态所包含的微观状态总数。而在此时刻，系统在这些可能的微观态之中轮番表演着。因此，系统在某一时刻的熵，实质上是该时刻已被自由随机运动“占领”(也即轮番表演着)的微观态总数。于是，热力学第二定律所描述的自发能量转化过程，是系统中自由随机运动不断扩张，“占领”那些尚未被其“占领”的微观态(“负熵”)，使之转化为“熵”的过程。那些未被“占领”的微观态，构成系统中能量可以向之流动的自由空间，这种能量流动即“广义热力学流”，于是构成自发的能量转化之条件。由此可见，热力

12、学第二定律本质上是关于由巨大数目的结构单元所组成的系统内的自由随机运动趋势的规律。它指出:在能量的自发转化过程中，不是“有用能量”不断丧失，转化为“无用能量”，而是能量的自发转化的条件(尚未被自由随机运动“占领”的微观态总和，即负熵)不断递减，转化为已被自由随机运动“占领”的微观态总和(熵)。随着自由的随机运动领域不断扩张，系统的负熵越来越小，熵越来越大，系统最终便达到所给环境下熵最大的平衡态。由此形成了按照熵增序列形成的不可逆的“系统能量递降阶梯”。这阶梯绝非意味着系统能量本身“转化能力”的逐步丧失，而是系统在指定环境下的所具有的转化条件(即尚未被自由随机运动占领的微观自由度)逐步递减。“系

13、统能量递降阶梯”只是相对于该指定环境而言的，并无绝对的意义。如果将系统置于能够提供尚未实现的可能微观态的新环境中，这些已经“降阶”的能量，将获得新的转化条件，“系统能量递降阶梯”也将随之发生变化。正如我国物理学家杨本洛在严密分析的基础上，深刻指出的那样，“处于确定环境中一个物质系统的做功能力，决不仅仅属于物质系统本身，而应该把这种能力归于系统和与之相异的环境所共同可能作出的贡献。”(3)那么，如何才能给系统的自发能量转换提供转化条件未被自由随机运动占领的“处女微观态”呢？理论与实践告诉我们，其充要条件是物质系统内部或物质系统之间存在着温度、密度、浓度、压强等等宏观差异。当系统内部有差异，或者处

14、于与其相异的环境之中时，可以从数学上严格地证明，其已经“占领”的微观态的数目，远远小于其可能“占领”的可能微观态的总数。于是，这种差异产生广义的“热力学力”，进而产生了填补、占领这些可能微观态的广义的“热力学流”，于是产生能量的流动与转化。“做功能力只能在差异中表现出来，没有物质系统之间的差异及由此引起的变化，说能量中有多少部分可以做功完全没有意义。做功永远以两个存在差异的物质系统的状态变化为前提和标志。”(4)因此，要使能量能够发生自发转化， 必须创造系统内部的差异以及系统与环境的差异。例如，将一个已经达到热平衡态的系统置于与其相异的环境中，于是该系统中的能量便能够自发地转化出来。这是对熵定

15、律的真正科学的解释。它与对这条定律的曲解“有用能量”转化为“无用能量”完全不同。按照此等曲解，由于宇宙总能量的有限与守恒，“有用能量”必然越来越少，并最终达于热寂。而我们把能量转化过程理解为指定环境下的转化条件(尚未被自由随机运动占领的微观自由度)递减的过程，那么，由于微观自由度(可能的微观排列的总数目)并不守恒，它们可以通过可以无限翻新的物质组合形式而被不断创造出来，因此宇宙不会热寂。这种对热力学第二定律的新解释，不仅粉碎了热寂说的荒唐“理论”，更重要的是给可持续发展提供了一种积极的思路。它告诉我们，为了世世代代的人类有继续发展的可能空间，人类不仅要重视开发新能源，还要重视人类生存发展所需要

16、的能量转化过程的条件，即环境中的尚未被自由随机运动占领的自由度，将它们视为一种特殊的“环境资源”。清新的空气，清澈的河流，适度的气候，都是这种宝贵的“环境资源”。而在能量转换过程中，自由随机运动及其带入的物质能量占领了这些自由空间，有碍于人类生存发展所需要的正常能量转换，于是形成环境污染。人类要实现可持续发展，必须使人类世代拥有其适度发展所需要的“环境资源”。这如何做到？绝对不能采取热寂论者所说的中止发展的办法，因为离开人类社会的发展，环境资源便不再成为“资源”，不过是对人类无意义的“存在”。正确的途径，首先是充分地使用“环境资源”，提高其利用效率，减少对它的浪费。要使每一份“环境资源”都为人

17、类的生存与发展做出贡献，而不能白白耗费掉。本文将要指出，只有通过“非线性有结构的耗散过程”，才能实现这一目标。其次，人类不应当只是满足于消极性的保护环境，如建立各种自然保护区等等，而应当积极地创造适合于人类生存与发展的环境。所谓“创造环境”，即创造人类生存发展中能量转换过程所需要的条件，清除和利用随自由随机运动混入环境的有害物质能量，从而为人类社会的持续发展提供源源不断的新的“环境资源”，这就是“环境资源再生产”。人类社会的可持续发展的必要条件，是环境资源的再生产与物质财富的再生产之间的平衡:物质财富再生产所耗费的环境资源，必须再生产出来。如上所述，由于系统的可能微观态并非守恒量，所以这种平衡

18、性“环境资源再生产”是可能的。本文将要分析的与自由随机运动相抗衡的力量，及其形成的“超循环回路”，将给这种环境资源的再生产，提出一种可以达于成功的方式。二、两种运动趋势与内在能源开发对热力学第二定律本身的曲解，只是热寂说的第一个错误。此外，热寂说还有另一错误:把热力学第二定律所描述的自由随机运动趋势，也即自发的能量转换过程，理解为宇宙的唯一过程，至少是在宇宙中占绝对统治地位的过程。它没有看到，除此之外，还有与其相对立的过程:事物间相互作用力所造成的决定论过程。现实的情况是:宇宙间不仅存在热力学第二定律所描述的自由随机运动，而且还存在着被热力学系统的理论模型撇开了的物质间相互作用力。它们使各结构

19、单元相互规定，造成系统的各微观态之间“对称破缺”，从而制止或阻碍各结构单元的某些可能的微观态的出现，促使另一些状态出现，即对各个可能状态进行了“自然选择”，由此而限制或反抗热力学第二定律所描绘的熵增过程。这些相互作用力构成系统的组织因素，生成了与自由随机运动趋势相反的运动趋势“决定论趋势”。首先是万有引力，以及起吸收作用的其它机制。恩格斯早就预言:“放射到太空中去的热一定有可能通过某种途径(指明这一途径，将是以后自然科学的课题)转变为另一种运动形式，在这种运动形式中，它能够重新集结和活动起来。”(5)现代科学表明， 万有引力确实有此功能。与质量能量不断趋向均匀分布的随机过程恰好相反，万有引力导

20、致物质能量不断集中，形成宇宙物质的不均衡的分布。康德- 拉普拉斯的星云假说所提出的行星演化过程，就是与热寂说相反的过程:它所假定的宇宙起点状态，恰恰是温度与质量基本均匀分布的“热寂”状态。靠着万有引力，通过正反馈式的“滚雪团”过程，“热寂”态变成了不均衡的活生生的宇宙。今天的自然科学以更加严格而具体的方式指出:在万有引力的作用下，天体的每一次内部能量的喷发与耗散，将创造出一个质量能量更加集中的天体。遵循热力学第二定律的喷发耗散的平衡过程，同时也就是形成具有强大吸引力的高密度天体的非平衡过程，最后将形成“黑洞”。黑洞的巨大的引力，不仅吸引着周围空间中的物质，而且迫使光线弯曲，吸收着宇宙空间中被耗

21、散的辐射，使其重新集中，直到某种极限，引起大爆炸，“黑洞”变成“白洞”，产生出多样化的宇宙事物。正如普里高津所说:“引力应被看作宇宙中基本的组织因素，促成了从平衡到非平衡的通道并使微观事件能以这种方式在整体的标尺上表现自己。”(6)其次是电磁力，以及类似的既有吸引、又有排斥的相互作用力。如果热力学系统中的各结构单元是带电体或磁体，那么，它们之间的“同性相斥、异性相吸”的相互作用力，将制止某些排列方式出现，促进另一些排列方式的出现，造成对称破缺，从而限制系统朝着熵最大的方向发展，形成熵不取最大值的某种有序平衡态。例如，磁铁内部的各个微小磁性结构单元，朝熵最大状态发展的趋势受到限制，形成首尾相接的

22、有序排列。其它具有吸引和排斥两面的相互作用力也是如此。如经济系统中生产者与消费者之间的相互作用。它使生产者与消费者互相选择，使得有些可能状态得到一定程度的遏止，对抗着盲目生产的无序化过程，用“看不见的手”安排着人们之间的供求关系，从而使社会经济系统逼近某种晶体般井然有序的“瓦尔拉平衡”。因此，与万有引力一样，电磁力这种选择性力量，也是系统的组织因素。再次是量子力学中的“泡利斥力”，以及其它不相容性斥力。由于量子效应，粒子所具有的能量，只能是某量子数的整倍数。而在“费米粒子”系统中，泡利不相容斥力禁止粒子处于相同量子态，迫使粒子间量子态不同，从而减少了粒子的可能状态的数目。于是，粒子体系的平衡态

23、不是混乱无章的无序态，而处于“玻尔兹曼有序”。因此，泡利斥力也是对抗随机力量的组织因素。此外还有许许多多其它相互作用力，它们都是对自由随机运动的限定。实际上，如果仅仅用其中一种力量来理解世界的发展趋向，得出某种令人吃惊的结论，那不过是片面的思想方法所引起的人类的一场虚惊。例如，与热寂说相反，如果我们认为世界只存在事物间相互规定的决定力量，那么在这个力量的主宰下，一切物体中，粒子的位置最终将被完全决定，达到由引力与斥力、向心力与离心力完全平衡的位置，形成“极度有序的、无生命的、死的冰晶体”宇宙。这是与“热平衡态”相对立的“力平衡态”，与热寂状态相对立的“冷寂状态”。这正是物极必反:完全决定论的“

24、冷寂世界”，与完全自由随机的“热寂世界”一样，都是宇宙死态。牛顿力学所描绘的太阳系的“力平衡态”，瓦尔拉的经济学所描绘的晶体般的供求关系平衡态，都是这类死态(7)。现实世界既非单纯的自由随机运动构成的非决定论世界，也不是由物质间相互作用力构成的决定论世界，而是两种力量的对立统一。正是这种对立统一运动，构成了世界生生不息的发展。人类可以利用这种对立统一，来构筑社会可持续发展之路。在决定论力量占据统治地位的事物中，粒子被紧紧束缚而失去了某种范围内的自由随机运动。系统中的能量未被“允许”占领和实现可能的微观态，就无法进行能量转化，核能便是如此。这时，我们应当利用两种力量对立统一，用足够的力量打击该系

25、统内部结构，使其中的粒子能够在一定程度上自由随机运动，开发物质内在能量，使被禁锢的能量释放出来，占领新的可能微观态，发生能量转化。在地球上，那些蕴藏在分子层次的能量，较容易被激发而释放出来，如煤与石油的燃烧与利用。而那些蕴藏在物质最深层的能量原子核能，也初步地被人类开发。通过浅层能量的耗散，可为深层能量的释放创造条件。物质内部无穷无尽被束缚的巨大能量，是人类文明发展的不尽的动力源泉。与里夫金等人的“社会热寂说”相反，人类每一次所遇到的能源危机，决不是什么宇宙或地球全部“可用能量”的“告罄”，而是被束缚能量的“封闭”，是人类未能找到适当的途径，使大量的沉睡在物质深层结构中的被束缚能量释放出来，并

26、使之纳入到人类生活的轨道。而当系统中自由随机运动占绝对主导地位，以致其迅速占领各种可能的微观态，系统迅速失去能量转化条件而达到平衡态时，我们应当利用两种力量的对立统一，用事物间相互作用力来对抗这种趋势，阻止熵的增长，实现可持续发展。那么，如何对抗与阻止？这就要考察下面所述的系统趋向于平衡态的两种道路。三、两种耗散道路及其对可持续发展的启示如上所述，熵定律所描述的自发的能量转换过程，是自由随机运动扩张“占领”那些可能微观态的过程，也即能量转化条件递减过程。本文沿用通常的说法，亦称此过程为“能量耗散”，但其意义规定为:能量散布于越来越多的可能微观态中，从而使能量转化条件不断丧失。这种能量耗散过程(

27、严格地说，是能量转化条件的丧失过程)所经过的道路，可分为两类:无结构的线性耗散道路和有结构的非线性耗散道路。它们产生出两种完全不同的结果。在“无结构线性耗散道路”上，自由随机运动无阻碍地迅速占领自由可能的微观态，系统的熵直线增加，系统直线式地走向热平衡状态。一般地说，这种耗散过程是对系统的宝贵资源其拥有的能量转化条件的白白浪费，没有产生出积极的转化成果。只有当能量流动与转化不引起各事物内部或系统与环境的相互作用的情况下，才会发生这种“无结构线性耗散”；如阳光均匀地直射沙漠、墨滴在水中扩散，等等。然而，从宇宙大爆炸中产生出来的世界万物，绝大多数都是远离平衡态系统:物质能量密度分布高度不均匀，温度

28、高度不均匀，如此等等。这种高度的非均衡，形成了各物质系统的内部结构。当被耗散的能量，一旦通过高度不均衡的有结构的事物，便会引起其内部的反馈式相互作用，于是进入“有结构的非线性耗散”。由于这种相互作用抗衡着自由随机运动，于是耗散过程便不再是直线式的，而是沿着曲折迂回的道路进行，形成“有结构非线性耗散道路”，其中进行耗散的结构，即“耗散结构”。如果说阳光直接均匀地晒热沙漠中的砂子，是无结构的线性耗散过程的典型，那么阳光晒在绿色植物上，被植物吸收，则是有结构的非线性耗散过程的生动表现。在这种有结构耗散道路中，被耗散的物质能量被吸收到这有序结构中，获得新的存在形态，生成动态的有序结构。有结构耗散过程的

29、普遍形式，是各类“循环”。德国科学家艾根创立的“超循环理论”，用一种生动的结构性模型，来刻画系统如何吸收与组织正在耗散的物质能量(8)。在一个物质变化过程中， 如果反应开始时的某一反应物，同时也是反应结束时的生成物，则此物称“催化剂”，该过程必然构成“反应循环”。例如，生物体中各种酶所参加的各种生化过程，都是反应循环。一个自我复制过程也是一个反应循环。所有生物的生长繁衍，都是自我复制的循环过程。而由循环组成的循环，称之为“超循环”。生物的繁殖过程，作为复杂的自我复制过程，是超循环的典型例子。超循环过程的伟大功劳，是把正在耗散的物质能量被储存与组织起来:它从自身或从环境中吸取着正在按照熵定律耗散

30、着的物质能量，将它们纳入循环过程，于是，原来的耗散过程被中断，而被组织为循环过程中的物质能量，由此而被储存起来，并组织为更高等级的物质能量。我们生活的世界及其演变，生动地说明能量的有结构非线性耗散过程，是如何创造出层次越来越多的超循环系统的，其中每一层次循环，都构造了一个丰富多彩的物质系统。巨大的正在耗散的太阳能，其中的相当大的一部分，在地球上的耗散过程中，被非线性的气象系统与植物系统所吸收，于是储存其中，而避免了白白无结构耗散的厄运(当然，总有一部分被线性地耗散掉，它们主要被用于产生地球的温度)。而这两大系统中储存的能量，遵照热力学第二定律，要进行“第二轮”耗散:植物死亡、雨雪落地、江河归海

31、等等，完成一次循环。自然界在长期演化过程中，于是又产生了新的非线性反馈机制，使这“第二轮”耗散也部分地避免了直线耗散的命运:食草动物以植物为食物，使其中的物质能量被再一次存储起来，由此而产生了新一轮的循环过程。在它们之上，又产生了食肉动物，于是又产生了更高层次的循环。最后，一切生物的总体，与气象系统一起，组成生态超循环系统。这是一个极其巨大的高级物质能量储存系统(9)。在生态系统的发展过程中， 地质过程的加入，又把已死亡的生物体中的能量，纳入到地质结构中储存起来，形成矿物性能量煤、石油和天然气。人类的出现，在生态系统之上，又产生出一个新的更高级的人造系统社会经济系统。最初的农业系统吸收正在耗散

32、的太阳能与生物能，形成一个巨大的储能体系，以供人类生存之需。工业的出现，进一步将农业系统中所存储的物质能量，以及从矿物中开发的物质能量，吸收到更高的有结构的非线性耗散过程工业生产与消费中，转变为日益高级的物质形态。整个经济体系，就是一个极其巨大的存储与利用耗散着的能量的超循环系统。它与生态系统一起，组织成巨大的社会生态超循环系统。这个系统的巨大的有结构耗散过程，使太阳能在地球上所具有的转化条件，不是直线式地丧失掉，一下子达到熵最大状态，而是通过事物间的相互作用来对抗这种耗散趋势，储留正在耗散的能量。超循环系统所包含的层次越多，就越能抗衡自由随机运动趋势，越能充分利用已有的能量转化条件，产生出高

33、级形态的物质与能量。那么，为什么作为有结构耗散的普遍形式的超循环系统，能够把正在耗散或已经耗散的能量，组织成有序结构，使它们获得新的转化条件呢？我认为，是因为它们含有两大关键因素:一是“信息”或“模板”，二是非线性正反馈机制。系统的自由随机运动提供了各种轮番表演着的微观态，它们是被选择的对象或材料。“信息”或“模板”，作为物质能量的某种不均匀分布状态，是外界输入或系统自生的“种子”或“模板”，而非线性正反馈机制则使系统中与这些“信息”或“模板”相一致的微观态式不断得到放大，进行“自我复制”，把自由随机地表演于各种其他微观态中的能量吸收进这些特定的微观态中。正是在这种非线性正反馈过程中，线性耗散

34、的途径被中断，能量被卷入到一个自我复制的循环圈中，从而储存起来，获得了新的能量转化条件，并组成更高的存在形态。“信息”与“非线性正反馈”合在一起，构成了对自由随机运动的结果进行选择和组织的力量。“信息”是选择的依据，而非线性正反馈则是把被择状态展示出来的动力机制。我认为，这就是各种自组织理论(如耗散结构理论、协同学等等)所要揭示的客观过程。正是由于超循环系统的出现，特别是生态系统与社会生态系统的出现，才避免了照射到地球的太阳能，白白地在砂砾中线性耗散掉(精确地说，太阳能在地球上的转化条件白白地线性地丧失掉)，用这本来正在耗散的能量，将远古洪荒世界变成今日充满生机的世界。然而，热寂论者却认为这些

35、反而加速了“世界末日”的到来。他们说:“我们习以为常地认为生物进化就是进步。然而我们现在却发现在进化之链中，越是高级的生物，就要把越多的能量从有效状态转化为无效状态。进化过程中，越是新种类就越为复杂，它转化有效能量的能力就越强。熵定律向我们表明，进化过程耗散着对地球上的生命有用的总能量。”(10)按照此说，地球上出现了生命反而是对“有效能量”的浪费，似乎只有让太阳能白白地耗散掉，而不要经过绿色植物的利用；让植物的残骸永远保存，而不要转化为动物的生命，也不要被微生物所分解；让煤和石油的能量永远藏在地壳深处，或者在一场大地震中烧个精光，而不被人类转化为高级形态的物质和能量，才是进步！真是岂有此理。

36、这些人没有看到:正是这些伟大的能量转化过程，把本来正在耗散的能量储留起来，将储留待用的能量有序地释放出来，以创造出日益丰富多彩的大千世界！与“热寂说”相反，正是超循环系统不断升级，才使自然界持续发展到今天。因此，超循环机制是今日人类实现可持续发展的自然之道。我们必须树立这样的观念:社会经济系统是整个生态社会超循环系统的组成部分，如果人类社会世世代代都能与地球生态系统组成超循环回路，其超循环过程能够顺利进行，那么发展就是可持续的，否则将不可持续。从此观念出发，我们得到关于可持续发展的下述思路:在这个超循环系统中，由生物的食物链构成由低而高的营养级，最基层的营养来自土壤阳光等化学物理环境，其上为自

37、养的植物，再到食草动物，再上为第一、二、三级食肉动物，人处于最高营养级。营养级越高的生物物种，需要越多的下层营养级能量来支撑，呈现出“能量金字塔”结构(11)。作为该金字塔顶尖的人类，需要庞大的基层能量来支撑。所以，人类必须控制自身的数量，保持与已经开发的、用来支撑人类文明的能量之间的相当比例，保持与其它生物物种之间的数量关系，从而使超循环过程得以持续地顺利进行。每当生态循环圈中必备的环节(如生物物种、气候、水质、空气等)减少、损害或消灭时，会使循环受阻甚至中断。这时，作为超循环系统一部分的人类社会，无法持续发展，甚至不能维持生存。所以，人类一方面应当坚决禁止那些影响整个超循环系统的经济建设项

38、目，以保护物质能量的通畅的循环流动；另一方面，也要积极地完善、填补、加强生态循环圈的各个薄弱环节，如植树、建立防护林、在沙漠培植植被等等，以建立更能充分利用耗散能量的超循环体系。将生态系统中那些本来会以低级形态耗散的能量，充分吸收到更高形态的循环中，以减少线性耗散。例如，在农村，避免植物、动物遗体与粪便中的能量直接耗散，充分利用其酵解过程中产生的沼气作为生活能源；在工厂中，收集被直接排放到大气中的热能，进行二次利用。充分利用被线性耗散掉的大量太阳能、风能与水力，减少煤炭直接燃烧的数量，使其更多地转换成电力，加入社会生产循环，如此等等(12)。应当说，在避免直接耗散，强化循环过程方面，潜力相当巨

39、大。发展绿色产业，使产业结构成为超循环结构。在工业时代，人们一味追求征服自然，而不同时保护自然；一味追求对自然资源加工、再加工，而不追求如何把加工的产物还原为可以利用的资源。这种缺乏循环的层层加工的直线式的产业结构，注定是不可持续的发展之路。只有加上吸收和利用人类生产的废弃污染物的绿色产业，才能使产业结构成为“超循环结构”，实现人类社会在循环中的持续发展。里夫金等认为，“污染就是熵的同义词。它是某一系统中存在的一定单位的无效能量。”(13)其实，“污染物”并非绝对有害之物，它们原本是一定条件下能够被人类利用的物质和能量，只是因为被分布在不恰当的地方和环境下，未能被正常的生态社会超循环系统所吸收

40、，并且干扰、阻碍、甚至危害该系统中正常循环过程，才构成“污染”。例如，作为现代文明支柱的煤与石油，原来也只是自然过程中生成的“污染物”，它们如果在某种自然事变中或人为事故中，被扩散到陆地和水中，将会对生态系统造成难以想象的严重污染。人类变废为宝，将这些“污染物”吸收到自己创造的技术体系中，使它成为支撑整个现代文明大厦的能源基础，这是人类对自然界进化的伟大贡献。放射性物质如果泄漏到环境中，将构成巨大的污染，然而它原本是能够提供巨大电力的原料。困扰着现代经济发展的水资源的富养化污染，是水中含有过于丰富的营养物质，致使藻类异常繁殖，导致水中缺氧，水下动植物难以生存，湖泊中正常生态循环受阻，才构成污染

41、。重金属本来是十分难得的宝贝，但一旦散布于环境，会形成对人类健康损害极大的污染。造成温室效应的CO,2，原本是植物的主要营养源，也是工业中十分重要的原料，如此等等。所以，在我们看来，所谓“污染”，是人类社会产生的、未被正常的社会生态超循环系统所吸收，从而干扰、阻碍与危害这个超循环系统正常过程的那些有用的物质能量。所以，治理污染的正确思路，不是中止能量转化过程，停止人类社会发展的脚步，而是兴办绿色产业，将处于正常的社会生态超循环过程之外的物质能量，重新吸收到生态社会超循环过程之中，成为人类持续发展所需要的财富。实际上，自然界本身就具有吸收这些“额外”的物质能量的能力，绿色产业对此要充分利用。例如

42、， 温室效应使地球上植物生长期普遍延长， 吸收更多的CO,2，于是既减少污染程度，又为整个生态系统生产出更多的基础生物能源。再如，营养级序列具有对污染物的“浓缩效应”，人类可利用这个原理，让植物成为“天然化工厂”，从土壤中提取重金属原子等污染物，以作为人类提炼这些宝贵物质的原料。随着基因工程的进步，越来越多的新生物种类将加入到生态循环系统，它们必将为消除污染发挥巨大作用。此外，社会还应建立严格的制度，迫使人们对生产与生活垃圾进行分类处理，开辟新的循环渠道，变废为宝，转害为利。我们相信，人类的新兴的绿色产业，将会把越来越多的“污染物”，吸收到社会生态超循环体系，使人类在可持续发展道路上，创造更加

43、美好的明天。注释：(1)见里夫金等熵:一种新世界观，上海译文出版社1987 年版，第2930页。(2)李如生:非平衡态热力学和耗散结构， 清华大学出版社1986年版，第1页。(3)杨本洛:经典热力学中若干基本问题的探讨， 科学出版社1996年版，第15页。(4)同上书，第20页。(5)马克思恩格斯选集第3卷，人民出版社1972年版， 第461页。(6)尼科里斯等:探索复杂性，四川教育出版社1986年版， 第43页。(7)顺便指出，在目前许多哲学文献中， 人们往往将这两类平衡“力的平衡”与“热力学平衡”混淆起来，统统理解为“熵”最大的热力学平衡，由此而制造了许多概念混乱，导致许多似是而非的错误结

44、论。在对经济系统的分析中，此错尤多。不少文献把井然有序的“瓦尔拉平衡”说成是熵最大状态，便是典型的概念混乱。(8)参阅张彦、林德宏系统自组织概论， 南京大学出版社1990年版，第4054页。(9)参阅卓正大、张宏建生态系统第四章， 广东高等教育出版社1991年版。(10)里夫金等:熵:一种新世界观，第51页。(11)卓正大、张宏建:生态系统，第87页。(12)参阅曲格平等持续发展的战略构想，中国环境科学出版社1991年版。(13)里夫金等:熵:一种新世界观，第30页。超循环理论百科名片关于非平衡态系统的自组织现象的理论。由德国科学家M.艾肯在20世纪70年代直接从生物领域的研究中提出，研究细胞

45、的生化系统、分子系统与信息进化理论。目录简介 历史 原理 重要性质 意义编辑本段简介在生命现象中包含许多由酶的催化作用所推动的各种循环，而基层的循环又组成了更高层次的循环，即超循环，还可组成再高层次的超循环。超循环系统即经循环联系把自催化或自复制单元连接起来的系统。在此系统中，每一个复制单元既能指导自己的复制，又能对下一个中间物的产生提供催化帮助。 研究分子自组织的一种理论。大分子集团借助于超循环的组织形成稳定的结构，并能进化变异。这种组织也是耗散结构的一种形式。超循环是较高等级的循环，指的是由循环组成的循环。在大分子中具体指催化功能的超循环，即经过循环联系把自催化或自复制单元等循环连接起来的

46、系统。从动力学性质看，催化功能的超循环是二次或更高次的超循环。超循环理论可用以研究生物分子信息的起源和进化，并可用唯象的数学模型来描述。超循环理论是联邦德国生物物理学家M.艾根在1971年提出的。曾有不少学者提出各种理论来研究生物信息的起源和进化。艾根总结了大量的生物学实验事实，提出了超循环理论。 编辑本段历史艾肯在分子生物学水平上，把生物进化的达尔文学说通过巨系统高阶环理论，进行数学化，建立了一个通过自我复制、自然选择而进化到高度有序水平的自组织系统模型，以解释多分子体系向原始生命的进化。这个理论在科学界仍有争议，但无疑它把系统科学的研究推进了一步。超循环理论建立在生物化学、分子生物学基础上

47、探讨细胞起源的系统理论，将贝塔朗菲的生态系统、器官系统水平的一般系统论推进到了细胞、分子水平，从而已经开创了分子系统生物学的研究领域，贝塔朗菲的系统论和艾根的超循环论80-90年代在中国的翻译出版并影响了系统医学等概念的提出。 编辑本段原理生命的发展过程分为化学进化和生物学进化两个阶段。 在化学进化阶段中，无机分子逐渐形成简单的有机分子。在生物学进化阶段中，原核生物逐渐发展为真核生物，单细胞生物逐渐发展为多细胞生物，简单低级的生物逐渐发展为高级复杂的生物。生物的进化依赖遗传和变异，遗传和变异过程中最重要的两类生物大分子是核酸和蛋白质。各种生物的核酸和蛋白质的代谢有许多共同点，所有生物都使用统一

48、的遗传密码和基本上一致的译码方法，而译码过程的实现又需要几百种分子的配合。在生命起源过程中，这几百种分子不可能一起形成并严密地组织起来。因此，在化学进化阶段和生物学进化阶段之间有一个生物大分子的自组织阶段，这种分子自组织的形式是超循环。如核酸是自复制的模板，但核酸序列的自复制过程往往不是直接进行的。核酸通过它所编码的蛋白质去影响另一段核酸的自复制。这种结构便是一种超循环结构。这种大分子结构是相对稳定的，能够积累、保持和处理遗传信息。另一方面，这种结构在处理遗传信息时又会有微小的变异，这又成为生物分子发展进化的机制。为了根据生物大分子自组织的基本要求建立生物进化变异模型，艾根提出一组唯象的数学方

49、程，并得到一些具有启发意义的结果。选择的对象不是单一的分子种，而是拟种，即以一定的概率分布组织起来的一些关系密切的分子种的组合。信息选择的积累以自复制子单元最大信息容量为上限，超过这个限制就不能保证拟种的内部稳定性。可以认为，拟种的内部稳定性是进化行为更本质的属性。考虑到生物体内进行着许多必不可少的生化反应，需要许多不同的蛋白质和核酸参加，它们总的信息量远大于已知的最精确复制机制所允许的最大信息容量。这一实验事实表明，只有经过超循环形式的联系才能把自复制和选择上稳定的单元结合为较高的组织形式，以便下一步再产生选择上稳定的行为。 编辑本段重要性质超循环有如下一些重要性质： 超循环使借助于循环联系

50、起来的所有种稳定共存，允许它们相干地增长，并与不属于此循环的复制单元竞争。 超循环可以放大或缩小，只要这种改变具有选择的优势。 超循环一旦出现便可稳定地保持下去。总之，生物大分子的形成和进化的逐步发展过程需要超循环的组织形式。它既是稳定的又允许变异，因而导致普适密码的建立，并在密码的基础上构成细胞。 具有超循环结构的生物大分子的进化可用一组微分方程来描述。设有n个物种，其状态变量记作xi(i = 1,2,.,n)xi，它们形成自复制的催化超循环结构需要依靠外界的能量和物质流来维持，在不断复制过程中会产生误差，这样就导致优势物种的变异。描述这种进化过程的方程组是   

51、60; 式中Ai是复制率,Qi是模板的品质因子,Di是分解率,Ji是J物种到i物种的误合成系数，是环境影响因子，可以是非线性的。因此在这一方程组中包含了物种变异的各种因素。对这个方程进行分析、数值计算或定性讨论，就可以得出有关物种进化的各种趋势。例如选择不同的误合成系数Ji可以得到不同的结果。当误合成系数ji很小时，在初始时刻某一物种占优势的状态便逐渐变异到终了时刻另一物种占优势的状态。如果误合成系数相当大，最终便形成多种物种并存的状态。这一方程组及其所得结果，使人们有可能用数学工具讨论进化过程。 编辑本段意义超循环理论对于生物大分子的形成和进化提供了一种模型。对于具有大量信息并能遗

52、传复制和变异进化的生物分子，其结构必然是十分复杂的。超循环结构便是携带信息并进行处理的一种基本形式。这种从生物分子中概括出来的超循环模型对于一般复杂系统的分析具有重要的启示。如在复杂系统中信息量的积累和提取不可能在一个单一的不可逆过程中完成，多个不可逆过程或循环过程将是高度自组织系统的结构方式之一。超循环理论已成为系统学的一个组成部分，对研究系统演化规律、系统自组织方式以及对复杂系统的处理都有深刻的影响。可持续发展百科名片可持续发展是一种注重长远发展的经济增长模式，最初于1972年提出，指既满足代人的需求，又不损害后代人满足其需求的能力，是科学发展观的基本要求之一。目录最早提出可持续发展时间

53、最广泛采纳的定义 可持续发展科学定义 1. 1. 侧重于自然方面的定义 2. 2. 侧重于社会方面的定义 3. 3. 侧重于经济方面的定义 4. 4. 侧重于科技方面的定义 5. 5. 综合性定义实现可持续发展基本原则 1. 1、公平性原则 2. 2、可持续性原则 3. 3、和谐性原则 4. 4、需求性原则 5. 5、高效性原则 6. 6、阶跃性原则可持续发展的内涵 中国21世纪可持续发展行动纲要 1. 成就与问题 2. 指导思想、目标与原则可持续发展补充解释 可持续性发展战略与发展伦理学 1. 可持续发展观的提出 2. 对传统发展模式的评价与反思 3. 生态经济模式 4. 可持续发展的伦理机

54、制最早提出可持续发展时间 最广泛采纳的定义 可持续发展科学定义 1. 1. 侧重于自然方面的定义 2. 2. 侧重于社会方面的定义 3. 3. 侧重于经济方面的定义 4. 4. 侧重于科技方面的定义 5. 5. 综合性定义实现可持续发展基本原则 1. 1、公平性原则 2. 2、可持续性原则 3. 3、和谐性原则 4. 4、需求性原则 5. 5、高效性原则 6. 6、阶跃性原则可持续发展的内涵 中国21世纪可持续发展行动纲要 1. 成就与问题 2. 指导思想、目标与原则可持续发展补充解释 可持续性发展战略与发展伦理学 1. 可持续发展观的提出 2. 对传统发展模式的评价与反思 3. 生态经济模式

55、 4. 可持续发展的伦理机制展开    全球可持续发展五大要点编辑本段最早提出可持续发展时间“可持续发展（Sustainable development）”的概念最先是在一九七二年在斯德哥尔摩举行的联合国人类环境研讨会上正式讨论。这次研讨会云集了全球的工业化和发展中国家的代表，共同界定人类在缔造一个健康和富生机的环境上所享有的权利。自此以后，各国致力界定“可持续发展”的含意，现时已拟出的定义已有几百个之多，涵盖范围包括国际、区域、地方及特定界别的层面，是科学发展观的基本要求之一。1980年国际自然保护同盟的世界自然资源保护大纲：“必须研究自然的、社会的、生态的、经济的以及利

56、用自然资源过程中的基本关系，以确保全球的可持续发展。”1981年，美国布朗（Lester R. Brown）出版建设一个可持续发展的社会，提出以控制人口增长、保护资源基础和开发再生能源来实现可持续发展。1987年，世界环境与发展委员会出版我们共同的未来报告，将可持续发展定义为：“既能满足当代人的需要，又不对后代人满足其需要的能力构成危害的发展。” 作者是Gro Harlem Brundtland，挪威首位女性首相，她对于可持续发展的定义被广泛接受并引用，这个定义系统阐述了可持续发展的思想。1992年6月，联合国在里约热内卢召开的“环境与发展大会”，通过了以可持续发展为核心的里约环境与发展宣言2

57、1世纪议程等文件。随后，中国政府编制了中国21世纪人口、资源、环境与发展白皮书，首次把可持续发展战略纳入我国经济和社会发展的长远规划。1997年的中共十五大把可持续发展战略确定为我国“现代化建设中必须实施”的战略。可持续发展主要包括社会可持续发展，生态可持续发展，经济可持续发展。 编辑本段最广泛采纳的定义是在一九八七年由世界环境及发展委员会所发表的布伦特兰报告书所载的定义，其亦即： 可持续发展是既满足当代人的需求，又不对后代人满足其需求的能力构成危害的发展称为可持续发展。它们是一个密不可分的系统，既要达到发展经济的目    2003可持续发展报告的，又要保护好人类赖以生存的

58、大气、淡水、海洋、土地和森林等自然资源和环境，使子孙后代能够永续发展和安居乐业。可持续发展与环境保护既有联系，又不等同。环境保护是可持续发展的重要方面。可持续发展的核心是发展，但要求在严格控制人口、提高人口素质和保护环境、资源永续利用的前提下进行经济和社会的发展。 发展是可持续发展的前提；人是可持续发展的中心体；可持续长久的发展才是真正的发展。使子孙后代能够永续发展和安居乐业。也就是江泽民同志指出的：“决不能吃祖宗饭，断子孙路”。 编辑本段可持续发展科学定义由于可持续发展涉及到自然、环境、社会、经济、科技、政治等诸多方面，所以，由于研究者所站的角度不同， 对可持续发展所作的定义也就不同。 1. 侧重于自然方面的定义“持续性” 一词首先是由生态学家提出来的， 即所谓“生态持续性 ”(ecoldgical sustainabilit