別萊利曼在《趣味物理學(xué)》中寫了不少關(guān)于永動(dòng)機(jī)的故事。有一個(gè)人聲稱建成了永動(dòng)機(jī)，呼吁專家去鑒定。后來(lái)真的去了一伙人參觀，那人抬出來(lái)一個(gè)看起來(lái)挺復(fù)雜的裝置，費(fèi)了幾個(gè)牛的力氣，把機(jī)器發(fā)動(dòng)起來(lái)。遺憾的是，只轉(zhuǎn)了一小會(huì)兒，就停了下來(lái)。那人接著折騰，折騰到最后，很不好意思地對(duì)大家說(shuō)：它總是發(fā)脾氣。(別萊利曼，1979)

第一類永動(dòng)機(jī)和第二類永動(dòng)機(jī)

永動(dòng)機(jī)是人類的一個(gè)夢(mèng)想，而且是建立在科學(xué)之上的夢(mèng)想——雖然現(xiàn)在被看成是偽科學(xué)了——因?yàn)樗械挠绖?dòng)機(jī)探索者在設(shè)計(jì)他們的機(jī)器時(shí)，依據(jù)的都是某種科學(xué)的原理，而不是神秘的超自然力。最初，這些科學(xué)愛(ài)好者是想造出“東東1”：一個(gè)循環(huán)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)自循環(huán)，并且在每一次的循環(huán)中，除了產(chǎn)生維持其自身運(yùn)轉(zhuǎn)的能量，還多少有點(diǎn)兒富裕。這樣，就可以源源不斷地向系統(tǒng)之外輸出能量，不光是人，那些大牲口，什么騾子啊，馬啊，都可以歇歇了。這個(gè)東東將給野外科考隊(duì)員提供極大的方便，無(wú)論走到哪里，帳篷支起來(lái)，把東東1一架，所有的燈就都亮了，比電池方便多了，而且環(huán)保。當(dāng)然了，在家也可以用啊，無(wú)論是水電站還是核電站，都不用建了!夢(mèng)想固然很好，不過(guò)，已經(jīng)創(chuàng)造了很多奇跡的科學(xué)，這回不靈了。永動(dòng)機(jī)愛(ài)好者幾乎嘗試了所有的科學(xué)的現(xiàn)象，什么電啊、磁啊、毛細(xì)現(xiàn)象?。皇裁锤軛U啊、滑輪啊、斜面啊，沒(méi)有一個(gè)成功的。再到后來(lái)，物理學(xué)給出了一個(gè)能量守恒定律，這個(gè)定律宣判：東東1造不出來(lái)。

能量守恒定律的現(xiàn)代表述是這樣的：“能量既不能創(chuàng)生，也不能消滅，但是可以從一種形態(tài)轉(zhuǎn)化成另一種形態(tài)，并在轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，保持總量守恒?！憋@然，這個(gè)定律與我們一系列古老的道德是一致的。一分汗水，一分收獲；平時(shí)多流汗，戰(zhàn)時(shí)少流血；不經(jīng)歷風(fēng)雨，怎能見彩虹……總而言之，吃白食，不勞而獲，是不可能的。連張?zhí)煲淼膶毢J也遵循這個(gè)規(guī)則：物質(zhì)不滅，我又不能憑空變出來(lái)，只能到別處去偷啊!

能量守恒定律現(xiàn)在也叫做熱力學(xué)第一定律——可見熱力學(xué)不只有一個(gè)定律——我們簡(jiǎn)稱它熱一律吧!剛開始的時(shí)候，總有人不相信它——到現(xiàn)在還有人不信，所以接著試，屢戰(zhàn)屢敗，屢敗屢戰(zhàn)，總有人不甘心。不管怎么說(shuō)，永動(dòng)機(jī)是個(gè)多么美好的夢(mèng)想啊!王力雄在小說(shuō)《永動(dòng)機(jī)患者》中就寫了一個(gè)執(zhí)著的農(nóng)民，他就是要造永動(dòng)機(jī)，他相信，永動(dòng)機(jī)開轉(zhuǎn)之日，就是家鄉(xiāng)人民脫貧之時(shí)!

美好的夢(mèng)想要靠科學(xué)來(lái)實(shí)現(xiàn)，于是又有人想出“東東2”，它能夠吸收空氣(或者海水，或者別的東西)中的熱量，轉(zhuǎn)化成電能(或者其他可用的能量)，轉(zhuǎn)化出來(lái)的等于吸收過(guò)來(lái)的，所以不違背熱一律。東東2每轉(zhuǎn)一圈，就會(huì)使環(huán)境的溫度下降一點(diǎn)點(diǎn)，同時(shí)使蓄電池滿上一點(diǎn)點(diǎn)。顯然，東東2尤其適合在夏天的房間里使用，那就是一個(gè)不但不耗電，而且能發(fā)電的上好空調(diào)啊!我們可以用東東2在夏天的時(shí)候降溫、發(fā)電，把發(fā)出來(lái)的電存起來(lái)，到冬天用來(lái)燒電暖器。這就相當(dāng)于把夏天的熱用到了冬天。如果再輔助以某種定時(shí)裝置，我們就可以自動(dòng)化地夏熱冬用，多么以人為本的科學(xué)技術(shù)啊!一想到這兒，我都忍不住笑出聲來(lái)!

假如我們把東東2放到大海中，大海呀，多么大啊!只要海水的溫度降低一度，把釋放出來(lái)的熱量變成電能，就能讓人類用上多少萬(wàn)年啊!也許有人會(huì)擔(dān)心，這樣下去，海水的溫度會(huì)不會(huì)越來(lái)越低，最后凍上?當(dāng)然不會(huì)了。因?yàn)橛袩嵋宦砂?我們使用的能量，不管來(lái)自哪里，最后總是要耗散成熱能的，就會(huì)提高空氣的溫度，會(huì)通過(guò)熱傳導(dǎo)、熱輻射、熱對(duì)流，把海水的溫度再提上去。然后，我們就可以讓東東2接著轉(zhuǎn)，什么大牲口、小牲口啊，水電站、火電站啊，都可以歇著去了!

然而，物理學(xué)又給出了一個(gè)“熵增加原理”，消滅了東東2問(wèn)世的可能性。熵增加原理說(shuō)：“能量的轉(zhuǎn)化是有方向的!”這個(gè)方向，按照里夫金的說(shuō)法，就是從有用的，變成無(wú)用的；從能用的，變成不能用的。(里夫金，1987)這個(gè)原理就是熱力學(xué)的第二個(gè)定律，我們簡(jiǎn)稱它熱二律。熱二律有很多種表述，有一個(gè)直接針對(duì)東東2的表述是這樣說(shuō)的：“不可能從單一熱源吸熱作功，而不對(duì)環(huán)境造成影響?！北热缥覀兛梢杂靡环N叫做空調(diào)的裝置從空氣中吸熱，降低室溫，但是這個(gè)過(guò)程不可避免地要對(duì)環(huán)境造成影響，一方面要有電能輸入，另一方面要把廢熱排到室外，升高室外溫度。

“熵”這個(gè)詞中文里本來(lái)沒(méi)有，是造出來(lái)翻譯entmpy的，簡(jiǎn)單地說(shuō)，它是無(wú)序的量度。熵越高，無(wú)序程度越高。比如一塊冰化成水，熵增；再化成氣，又熵增。所謂熵增加原理，就是說(shuō)：一個(gè)孤立系統(tǒng)的熵不能減少，而只能增加——現(xiàn)實(shí)中的情況就是如此；或者不變——在理想的可逆系統(tǒng)的情況下，這在現(xiàn)實(shí)世界從未發(fā)生。熵增加原理也給出了時(shí)間的方向，這就是系統(tǒng)自發(fā)演化的方向。比如你從冰箱里取出一塊冰，放在手上，冰很快會(huì)化成水，水又會(huì)化成氣；同時(shí)，屋子里的溫度會(huì)降低一點(diǎn)點(diǎn)兒，濕度會(huì)增高一點(diǎn)點(diǎn)兒。這個(gè)過(guò)程是一個(gè)人所習(xí)見、人所共知的正常過(guò)程，這個(gè)事件的序列就給出了時(shí)間的方向。反過(guò)來(lái)，如果你看到了它的逆過(guò)程：你的手上忽然浮現(xiàn)出一顆水珠，水珠越來(lái)越大，然后變成一個(gè)冰塊，同時(shí)，室內(nèi)的溫度增高一點(diǎn)點(diǎn)兒，濕度降低一點(diǎn)點(diǎn)兒，你一定會(huì)詫異萬(wàn)分，不是屋子出了毛病，就是你在看電影。這個(gè)逆過(guò)程雖然不違背熱一律，但是違背熱二律。

熱二律是一個(gè)重要的定律?！秲煞N文化》的作者C．P．斯諾把它和莎士比亞相提并論。美國(guó)物理學(xué)家惠勒則認(rèn)為，到了二十一世紀(jì)——也就是本世紀(jì)了——誰(shuí)要是不知道熱二律，就算不上有文化。他們之所以沒(méi)有專門說(shuō)熱一律，那恐怕是因?yàn)闊嵋宦梢呀?jīng)成為常識(shí)了。據(jù)說(shuō)還有一位物理學(xué)家這樣解釋：“根據(jù)熱力學(xué)第二定律，你不可能不輸不贏；根據(jù)熱力學(xué)第一定律，你不可能贏?！?/p>

理想單擺、生物圈2號(hào)與第三類永動(dòng)機(jī)

根據(jù)這兩個(gè)熱力學(xué)定律，永動(dòng)機(jī)也被分成兩類。違背熱一律的東東1被稱為第一類永動(dòng)機(jī)，違背熱二律的東東2被稱為第二類永動(dòng)機(jī)。這兩類永動(dòng)機(jī)在科學(xué)共同體內(nèi)部已經(jīng)達(dá)成共識(shí)——造不出來(lái)。不過(guò)，人們心中普遍還有一個(gè)永動(dòng)機(jī)之夢(mèng)，我稱之為第三類永動(dòng)機(jī)——“東東3”。

讓我們先回到永動(dòng)機(jī)的字面意義。簡(jiǎn)單地說(shuō)，永動(dòng)機(jī)就是永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)器。那么，一個(gè)不需要外界能量和物質(zhì)輸入而實(shí)現(xiàn)物質(zhì)和能量自循環(huán)的裝置，就是一個(gè)永動(dòng)機(jī)嘍!比如一個(gè)理想單擺，在無(wú)摩擦的理想條件下，就是一個(gè)永動(dòng)機(jī)!它的勢(shì)能和動(dòng)能不停地轉(zhuǎn)化，沒(méi)有任何耗散，在系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)能量的自循環(huán)，并且循環(huán)往復(fù)，以至無(wú)窮。當(dāng)然，在現(xiàn)實(shí)世界中，理想單擺的理想條件是無(wú)法滿足的，因?yàn)榭偸怯心Σ链嬖?，所以在?shì)能和動(dòng)能的轉(zhuǎn)化過(guò)程中，熱耗散不可避免。所以我們會(huì)看到，無(wú)論擺軸多么圓滑，擺的振幅都會(huì)越來(lái)越小，直至停止。

然而，如果我們從外界輸入能量，補(bǔ)充耗散掉的能量，比如給這個(gè)單擺裝一個(gè)太陽(yáng)能發(fā)條，這個(gè)單擺是否可以永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去呢?

按照現(xiàn)在的科學(xué)結(jié)論，我們這個(gè)地球已經(jīng)存在了46億年了。相信每個(gè)人小時(shí)候都問(wèn)過(guò)：雨是哪兒來(lái)的，河水是哪兒來(lái)的?通過(guò)小學(xué)自然課程，我們也會(huì)建立起各種物質(zhì)循環(huán)的概念。海水蒸發(fā)為云，被各種季風(fēng)帶到全球各地，下降為雨雪，成為河流——這是水的循環(huán)。人和動(dòng)物吸入氧氣，呼出二氧化碳，植物利用太陽(yáng)能將二氧化碳中的碳固定下來(lái)，放出氧氣——這是氧氣和二氧化碳的循環(huán)。在我們這個(gè)地球上，有許許多多這樣的循環(huán)。人們普遍相信，只要有太陽(yáng)在天上照耀，這樣的循環(huán)就可以永遠(yuǎn)進(jìn)行下去。

1990年代，美國(guó)人在亞利桑那州的沙漠里進(jìn)行了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置是一個(gè)碩大的溫室，占地一公頃，在里面預(yù)先設(shè)置了河流、樹林、草地、動(dòng)物、人……總之，一切都是盡力模仿地球的生物圈而設(shè)計(jì)的，所以該溫室被命名為生物圈2號(hào)——至于1號(hào)嘛，他們用來(lái)命名地球本身了。實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者希望生物圈2號(hào)中的空氣、水，動(dòng)物、植物和人能夠在陽(yáng)光的作用下實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的自循環(huán)。

這樣一種循環(huán)的理念我們常常能夠遇到。比如人們?cè)O(shè)想在航天飛機(jī)上放置一些植物，便可以在一定程度上實(shí)現(xiàn)氧和二氧化碳的自循環(huán)。又據(jù)說(shuō)航天員的尿不能扔——好像也沒(méi)有地方扔，經(jīng)過(guò)處理后還要進(jìn)入航天員的飲用水系統(tǒng)，這是水在一定程度上的自循環(huán)。

我們現(xiàn)在的所謂現(xiàn)代化的生存方式，也或強(qiáng)或弱地建立在這種自循環(huán)的理念之上。如前所述，現(xiàn)代文明就如一個(gè)馬達(dá)，輸入低熵狀態(tài)的能量和物質(zhì)，輸出高熵狀態(tài)的垃圾——廣義的理解，包括固態(tài)的、液態(tài)的、氣態(tài)的垃圾和純粹的耗散熱。文明越發(fā)達(dá)，馬達(dá)的功率越高，制造垃圾的速度越快。我們身邊的一切物品諸如手機(jī)、手表、電腦、電視、洗發(fā)液、洗滌靈、衛(wèi)生巾、衛(wèi)生紙等等等等，歸根結(jié)底都是來(lái)自低熵狀態(tài)的礦藏、原油、森林和天然水體……而考察其最終的去向，必然是高熵狀態(tài)的垃圾!所以，每一個(gè)大城市的周圍都有必然存在著若干巨大的垃圾填埋場(chǎng)。我們所謂的現(xiàn)代文明，就建在垃圾堆的旁邊。

對(duì)于這個(gè)推理，一種常見的質(zhì)疑是：你沒(méi)有考慮垃圾的處理。比如有些人就強(qiáng)調(diào)，垃圾是放錯(cuò)了地方的能源和資源。言外之意，將來(lái)會(huì)發(fā)明出某種新的技術(shù)，可以把這些垃圾逐一回收，提取出有用的物質(zhì)，循環(huán)利用。在這樣一種物質(zhì)自循環(huán)的理念下，文明馬達(dá)的速度就取決于人類所能開發(fā)出來(lái)的能源，能源越多，這個(gè)自循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)得越快，人類就能享受越多的物質(zhì)。

這正是第三類永動(dòng)機(jī)的美麗夢(mèng)想!一旦這個(gè)未來(lái)的技術(shù)被開發(fā)出來(lái)，地球就變成一個(gè)東東3。

讓我們回到生物圈2號(hào)。像生物圈2號(hào)這樣的系統(tǒng)，可以稱為半孤立系，它與外界沒(méi)有物質(zhì)交換，但是有能量交換，人們希望外界輸入的能量能夠維系其內(nèi)部物質(zhì)的自循環(huán)。這正是東東3的一個(gè)樣本。東東3違反的同樣是熱二律，只不過(guò)比較隱秘，我們需要對(duì)熱二律進(jìn)行仔細(xì)分析才能發(fā)現(xiàn)。

熱二律不僅規(guī)定了能量轉(zhuǎn)化的方向，也規(guī)定了物質(zhì)轉(zhuǎn)化的方向。按照里夫金的說(shuō)法：物質(zhì)總是從可用的變成的不可用的。如果說(shuō)東東2與熱二律的能量轉(zhuǎn)化方向相矛盾，東東3就與熱二律的物質(zhì)轉(zhuǎn)化方向相矛盾。且讓我們從物質(zhì)的角度，重新考慮熱二律。這是個(gè)被物理學(xué)教科書忽視的一個(gè)角度，我就不記得當(dāng)年的熱力學(xué)習(xí)題中有這樣的題目。從物質(zhì)的角度定義熵，也可以從其微觀量子態(tài)的數(shù)目人手，這里不做物理上的具體闡釋，只做一些說(shuō)明。簡(jiǎn)單地說(shuō)，物質(zhì)從聚集態(tài)變成離散態(tài)，是一個(gè)熵增的過(guò)程。比如把一大塊單晶硅切割成若干小片，雖然物質(zhì)總量不變，但是熵增加了——即使我們假定對(duì)單晶硅的切割不需要能量，也會(huì)導(dǎo)致熵增——這部分熵增與所涉及的能量無(wú)關(guān)，可稱之為物質(zhì)熵。反過(guò)來(lái)，從前考慮的熵可稱為能量熵。當(dāng)我們把這一片片單晶硅分散到一個(gè)個(gè)電器之中，使得硅片與其他物質(zhì)進(jìn)一步混合在一起，會(huì)導(dǎo)致熵的進(jìn)一步增加。

最簡(jiǎn)單的自循環(huán)系統(tǒng)

回到單擺這個(gè)例子上來(lái)，如果有外界能量不斷輸入，單擺是否可以永遠(yuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)下去?對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，以前的物理書上沒(méi)有說(shuō)過(guò)。很多人雖然沒(méi)有認(rèn)真地想過(guò)這個(gè)問(wèn)題，但是本能地以為，可以!如果僅僅從能量的角度考慮，確實(shí)可以。但是，如果我們從物質(zhì)的角度考慮熱力學(xué)第二定律，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，不可以!

因?yàn)閱螖[將在擺軸磨斷的時(shí)候停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

這個(gè)回答有點(diǎn)抬杠的意思，但是，如果我們考慮一個(gè)現(xiàn)實(shí)的有動(dòng)力單擺，就無(wú)法回避這個(gè)結(jié)果。因而，要想使單擺這個(gè)循環(huán)系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)下去，除了輸入低熵狀態(tài)的能量，還要輸入低熵狀態(tài)的物質(zhì)——擺軸。也許有人會(huì)說(shuō)，我們可以把擺軸的粉末全部搜集起來(lái)，鑄造一根同樣的單擺。但是，這個(gè)熵減的過(guò)程不但需要能量，還需要新的裝置。于是我們必須把系統(tǒng)放大，將制造擺軸的裝置也包括進(jìn)來(lái)。而這個(gè)裝置，與單擺同樣，即使有能量持續(xù)輸入，也有停止運(yùn)轉(zhuǎn)的那一天。問(wèn)：這個(gè)裝置是否有可能自我修復(fù)呢?答：絕無(wú)可能。對(duì)此，侯世達(dá)(Douglas R.Hofstadter)在他的巨著《哥德爾、艾舍爾、巴赫——集異璧之大成》有過(guò)詳細(xì)的說(shuō)明，大意是說(shuō)，即使一個(gè)能夠自我修復(fù)的儀器，也必然要有一個(gè)核心裝置是不變的，而這個(gè)裝置，也是會(huì)壞的。(侯世達(dá)，1996)

而且，把擺軸的粉末完全搜集起來(lái)，重新鑄造一根同樣的擺軸，雖然粗看起來(lái)很容易，但是在幾個(gè)輪回之后，所需要的能量就會(huì)達(dá)到無(wú)窮大。那是因?yàn)?，物質(zhì)的擴(kuò)散是分子熱運(yùn)動(dòng)的必然結(jié)果。有一個(gè)經(jīng)典案例是這樣的。把一個(gè)鉛塊和一個(gè)銅塊的表面打磨光滑，壓在一起，放到銀行的保險(xiǎn)柜里，一年后拿出來(lái)，發(fā)現(xiàn)銅中有鉛，鉛中有銅。擺軸的物質(zhì)從低熵的聚集狀態(tài)轉(zhuǎn)化成高熵的離散狀態(tài)，是熱二律的必然。相信很多人都看過(guò)汽車修理廠門口的牌子：加氟!無(wú)論空調(diào)中的管道造得怎樣密封，也不可能讓氟里昂之類的制冷劑在里面永遠(yuǎn)循環(huán)，而是必然會(huì)有氟的耗散，所以必然要加氟。這就是說(shuō)，即使對(duì)于空調(diào)這樣的物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)，只有能量的輸入也不能使之持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，還必須有聚集狀態(tài)的低熵物質(zhì)持續(xù)輸入。連密封的制冷劑都不能完全循環(huán)，垃圾的回收更是不可能達(dá)到100％。

對(duì)此，曾經(jīng)有一位老同學(xué)和我抬杠，說(shuō)他可以用掃描隧道顯微鏡把鉛中的銅原子和銅中的鉛原子一個(gè)個(gè)地捏出來(lái)，放回去。然而這樣一來(lái)，我們必須把掃描隧道顯微鏡這個(gè)更復(fù)雜的儀器加入原來(lái)由鉛塊和銅塊構(gòu)成的簡(jiǎn)單系統(tǒng)之中。一旦我們需要?jiǎng)佑脪呙杷淼里@微鏡去搜集擺軸的粉末時(shí)，這根擺軸要比原來(lái)的成本不知道要昂貴出多少萬(wàn)倍。而當(dāng)我們要?jiǎng)佑脪呙杷淼里@微鏡去回收生物圈2號(hào)的垃圾時(shí)，垃圾處理所需要的能量就會(huì)迅速超過(guò)系統(tǒng)所能供應(yīng)的全部能量，造成系統(tǒng)的崩潰!

生物圈2號(hào)是一個(gè)悖論，僅有能量輸入，還不能使其中的物質(zhì)實(shí)現(xiàn)自循環(huán)。而一旦加入了新的物質(zhì)，又算不上是物質(zhì)的自循環(huán)了。換一句話說(shuō)：無(wú)論系統(tǒng)有多少能量輸入，物質(zhì)的自循環(huán)都是不可能的!在物質(zhì)的循環(huán)過(guò)程中，必然會(huì)有一部分物質(zhì)耗散，成為高熵的垃圾，使得參與循環(huán)的物質(zhì)越來(lái)越少，最終導(dǎo)致系統(tǒng)的崩潰!所以，當(dāng)我聽到生物圈2號(hào)失敗的消息，絲毫不覺(jué)意外。因?yàn)樗畛醯睦砟钜呀?jīng)違背了熱二律!雖然也有模有樣地轉(zhuǎn)了幾圈，幾年之后也就不好意思了。

我們還可以和另外一種系統(tǒng)——生物體相比較。生物體是大自然演化出來(lái)的效率最高的循環(huán)系統(tǒng)，我們每一個(gè)人既同外界交換物質(zhì)，也與外界交換能量，是一個(gè)完全開放系統(tǒng)。而即使這樣的系統(tǒng)，也會(huì)在系統(tǒng)內(nèi)部積累越來(lái)越多的垃圾，使得系統(tǒng)老化，直至崩潰——死亡降臨!

當(dāng)下的科學(xué)與未來(lái)的科學(xué)

既然生物圈2號(hào)是注定不可持續(xù)的，那么生物圈1號(hào)呢?如果我們從辯證的觀點(diǎn)看，有生必有死，連太陽(yáng)系乃至整個(gè)宇宙都是要崩潰的。很多人正是出于這一點(diǎn)來(lái)強(qiáng)調(diào)人類有理由改造自然，而無(wú)須保護(hù)自然。這個(gè)理由顯然是無(wú)力的。就如人早晚是要死的，但是不能成為殺人者殺人的理由。

在完全自然的環(huán)境中，生物圈1號(hào)的物質(zhì)循環(huán)已經(jīng)持續(xù)了46億年，我們不知道它還會(huì)循環(huán)多久。在以往的時(shí)代里，人類的活動(dòng)相對(duì)于自然本身的循環(huán)來(lái)說(shuō)，只是一個(gè)無(wú)窮小量。但是，工業(yè)革命之后，尤其是二十世紀(jì)之后，人類的活動(dòng)已經(jīng)大到足以對(duì)自然本身的循環(huán)構(gòu)成影響了。人類采礦、修建運(yùn)河、水庫(kù)，改變了地球上的物質(zhì)聚集狀態(tài)，也改變了自然本身的循環(huán)方式。如果我們把生物圈1號(hào)在46億年里的循環(huán)視為準(zhǔn)閉環(huán)的話，那么，人類目前的活動(dòng)把準(zhǔn)閉環(huán)變成了開放的鏈條——一端是低熵狀態(tài)的礦藏、森林、天然水體，另一端是高熵狀態(tài)的垃圾。

如前所述，垃圾回收的效率不可能達(dá)到百分之百。即使能源問(wèn)題可以解決，垃圾問(wèn)題仍無(wú)法解決，相反，會(huì)導(dǎo)致垃圾問(wèn)題更加嚴(yán)重，因?yàn)槟芰枯斎朐蕉?，產(chǎn)生的垃圾也就越多。

對(duì)于我這樣一種悲觀的結(jié)論，很多人表示反對(duì)。常見的反對(duì)是這樣的：地球不是孤立系，而是一個(gè)開放系，因而熱二律不成立。

然而，地球并不能算是一個(gè)開放系，和生物圈2號(hào)一樣，是一個(gè)半孤立系，當(dāng)然你也可以說(shuō)它是半開放系。也就是說(shuō)，它與外界有能量交換，而沒(méi)有物質(zhì)交換。所以，所有從生物圈2號(hào)中得到的結(jié)論，都適用于生物圈1號(hào)?；蛟S有人反駁，物質(zhì)交換也是有的，比如隕石!如果這樣想，我倒是要問(wèn)一問(wèn)了，難道我們要把人類的命運(yùn)寄托到隕石上嗎?

隕石不能拯救地球，使地球上的物質(zhì)實(shí)現(xiàn)自循環(huán)。顯然，相對(duì)于地球來(lái)說(shuō)，隕石實(shí)在是太小了。而尤其重要的是，如果生物圈中的物質(zhì)能夠?qū)崿F(xiàn)自循環(huán)，其要求外界所輸入的物質(zhì)是要符合一定的條件的。正如一座城市，它需要外界進(jìn)入的物質(zhì)是特定的，比如糧食、清水、煤炭等。而隕石顯然不能滿足這一要求。

也有人希望相對(duì)論能夠拯救東東3，使之實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的自循環(huán)。由于愛(ài)因斯坦著名的公式E=mc2，人們普遍認(rèn)為物質(zhì)和能量可以相互轉(zhuǎn)化。原子彈就是常常被作為一個(gè)重要的例證。事實(shí)上，由于這個(gè)公式，我們中小學(xué)時(shí)學(xué)的能量守恒定律和物質(zhì)不滅定律已經(jīng)合而為一了。根據(jù)狹義相對(duì)論，很多人可能認(rèn)為：只要外界能量輸入得足夠大，我們就可以憑空制造出足夠的物質(zhì)。這也是人類的一個(gè)美好夢(mèng)想，古人叫做聚寶盆!其實(shí)只要算一下就知道，人要是靠這個(gè)東西過(guò)日子，用一千個(gè)太陽(yáng)做能源也不夠。還有人會(huì)期望，做一個(gè)高級(jí)反應(yīng)爐，把垃圾塞進(jìn)去，變成基本粒子；再把這些基本粒子像搭積木似的，搭成勺子、大米、手機(jī)等一切我們想要的東西。這無(wú)非是聚寶盆的改裝版。即使我們相信未來(lái)的科學(xué)能夠造出這么個(gè)“東東4”來(lái)，但是在此過(guò)程中產(chǎn)生的巨大熵增，釋放出的巨大熱量，會(huì)把東東3燒成灰燼。為此，還需要配備強(qiáng)力的排氣裝置，安在東東3的玻璃墻上，把東東4釋放出來(lái)的熱量排到外面去。不用算我就知道，就算比奔騰8芯片的排氣扇還猛，也不能做到。就算做到了，很快就把生物圈1號(hào)也就是我們的地球也燒完了。

為了保住地球，為了提高地球的散熱能力，必須給地球裝上超大功率排氣扇?！彀?，這工程，那可比什么給南極裝空調(diào)厲害多了!

要不然，咱們用火箭吧，把這些熱量打包，發(fā)射到太空上去吧!還能促進(jìn)地球和平呢!

我們可以假設(shè)地球上實(shí)現(xiàn)了常溫核聚變，從理論上說(shuō)，人類從此擁有了無(wú)窮多的能量，可以做任何想要做的事情。但是，這個(gè)能量無(wú)論怎么使用，是做聚寶盆也好，做高級(jí)反應(yīng)爐也好，最終必然轉(zhuǎn)變?yōu)闊帷谒姆N形態(tài)的垃圾，那時(shí)，地球就會(huì)像超高速計(jì)算機(jī)芯片一樣，將面臨嚴(yán)重的散熱問(wèn)題!

我們可憐的地球，在接受太陽(yáng)能量的同時(shí)，也向太空釋放著熱量。在天上只有一個(gè)太陽(yáng)的時(shí)候，僅僅因?yàn)槲覀兺诰虺龅叵绿N(yùn)藏的千百年前的部分太陽(yáng)，地球的熱平衡已經(jīng)出現(xiàn)了一些問(wèn)題——全球升溫。核聚變相當(dāng)于我們?cè)诖髿鈱觾?nèi)有點(diǎn)起來(lái)N個(gè)太陽(yáng)，地球的散熱就更成問(wèn)題了。

我們知道，熱交換有三種形式。傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射。從古至今，地球散熱的唯一途徑是熱輻射。而熱輻射的功率只與輻射體的溫度有關(guān)!也就是說(shuō)，要想提高散熱能力，就必須提高溫度!于是我們就陷入到一個(gè)悖論之中。

所以我強(qiáng)調(diào)，即使能源問(wèn)題能夠解決，垃圾問(wèn)題會(huì)更加嚴(yán)重!

相對(duì)論不能拯救東東3，常溫核聚變也不能。

還有人指出，在宇宙尺度內(nèi)，熵增加原理未必成立。引力可以導(dǎo)致熵減，最后宇宙未必歸于熱寂。第一，這些理論都還處于猜想階段，尚未確證；第二，即使這些理論的結(jié)果都如人所愿，能夠解決地球上人的問(wèn)題嗎?難道我們要把地球上現(xiàn)代人的生存方式的合理性建立在宇宙尺度的熵減少上嗎?

人的壽命不過(guò)百年，人類有文字歷史不過(guò)萬(wàn)年，而地質(zhì)演化的時(shí)間尺度是百萬(wàn)年，星系演化的時(shí)間尺度是億年，靠宇宙熵減來(lái)拯救人類，最大的難題是——來(lái)不及啊!

其實(shí)，關(guān)于熱寂說(shuō)是否成立，很多年以前就已經(jīng)爭(zhēng)論得差不多了，鬧到最后，還是信與不信的問(wèn)題。毫無(wú)疑問(wèn)，在目前給定的物理?xiàng)l件下，堅(jiān)持目前已知的物理定律，熱寂是必然的結(jié)局。所以反熱寂的人只能寄希望于熱二律的不成立，或者從開放與孤立下手，強(qiáng)調(diào)條件不成立；或者干脆就直接想象，存在某一種未知的機(jī)制，在將來(lái)的某一天改變熱二律成立的條件，乃至于改變熱二律本身。所以問(wèn)題爭(zhēng)論到這里，已經(jīng)不是一個(gè)單純的物理題了。假如我們討論的不是地球或者宇宙，而是一個(gè)普通的熱力學(xué)系統(tǒng)，大家誰(shuí)也不會(huì)在得到熱寂結(jié)論之后，再想辦法證明結(jié)論不成立。所以其中必然存在著信念問(wèn)題。比方說(shuō)，一個(gè)樂(lè)觀主義者，就不愿意見到熱寂這個(gè)悲慘的結(jié)局。最值得分析的是某些科學(xué)主義的樂(lè)觀主義者，他們常常表現(xiàn)出兩種可能性：一，他們基本的科學(xué)知識(shí)不及格——而這種情況常常發(fā)生，中國(guó)公眾素養(yǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)已經(jīng)“科學(xué)地”證明了，最強(qiáng)的科學(xué)主義者有相當(dāng)多數(shù)是不具備基本科學(xué)素養(yǎng)的。對(duì)于普通公眾來(lái)說(shuō)，這并不奇怪。奇怪的是，某些平常以科學(xué)代表自居的人也不及格。那是因?yàn)?，他們不能樸素地看待科學(xué)，學(xué)科學(xué)，用科學(xué)，而是將科學(xué)意識(shí)形態(tài)化，在科學(xué)身上寄托了太多的科學(xué)本來(lái)不能承擔(dān)的幻想。作為科學(xué)主義者在這個(gè)時(shí)候反而不去根據(jù)現(xiàn)有的科學(xué)討論問(wèn)題，而把希望寄托于將來(lái)和未知，這恰恰表明，科學(xué)主義者高舉的不是科學(xué)本身，依據(jù)的也不是科學(xué)本身，而只是把科學(xué)作為其意識(shí)形態(tài)的大旗的包裝而已。