孟 春，孟 莉，王立海，蘇義坤，劉美爽

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱 150040)

自工業(yè)革命以來，人類社會的各個方面都得到了迅猛發(fā)展。但伴隨而來的人口爆炸、環(huán)境污染和資源枯竭等問題日益突出?？沙掷m(xù)發(fā)展是人類社會尋求發(fā)展的必然選擇，而熵理論作為自然界的最高定律，是一切人類活動和社會發(fā)展的基本準則。本文將熵理論應(yīng)用于解決人類社會系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展中，使人們更好地認識經(jīng)濟社會發(fā)展與資源、環(huán)境的關(guān)系本質(zhì)，為自然環(huán)境與人類社會的可持續(xù)發(fā)展提供理論參考。

1 熵理論及人類社會系統(tǒng)宏觀熵函數(shù)

德國物理學(xué)家魯?shù)婪颉た藙谛匏乖?850年首次提出熵的概念，用來表示任何一種能量在空間中分布的均勻程度，能量分布得越均勻，熵就越大。并在1865年將其引入到熱力學(xué)第二定律中，很快熵在熱力學(xué)和統(tǒng)計力學(xué)領(lǐng)域內(nèi)占據(jù)重要地位［1］。根據(jù)熱力學(xué)的理解，熵是評價一個系統(tǒng)無序程度的量度，而產(chǎn)生這種無序狀態(tài)是因為系統(tǒng)進行了消耗，可以說，消耗伴隨著熵的產(chǎn)生。熵理論發(fā)展到了今天，已從一個單純的描述微觀世界的熱力學(xué)物理概念發(fā)展到一個自然與社會、經(jīng)濟統(tǒng)一的概念［2］。林錫奇指出作為人類社會生存和繁衍的組成要素，熵、環(huán)境、發(fā)展是可以統(tǒng)一起來的，指出協(xié)調(diào)好熵、環(huán)境、發(fā)展的關(guān)系是走可持續(xù)發(fā)展道路的本質(zhì)要求［3］。

人類社會系統(tǒng)與熱力學(xué)系統(tǒng)有著本質(zhì)的區(qū)別，但與熱力學(xué)系統(tǒng)有著相似之處。就系統(tǒng)本身而言，它們的相似性表現(xiàn)在:其一，都是由大量元素構(gòu)成的;其二，系統(tǒng)的宏觀態(tài)是由系統(tǒng)內(nèi)部元素組成的微觀態(tài)決定;其三，系統(tǒng)內(nèi)各元素的運動狀態(tài)具有隨機性等［4］。根據(jù)開放系統(tǒng)的熵理論，利用函數(shù)來表征人類社會的狀態(tài)函數(shù)，其構(gòu)成如下:

式中:S(t)為人類社會在t時刻的熵值，稱為熵函數(shù)，表征人類社會在該時刻所處的狀態(tài);IS(t)為人類社會在t時刻的正熵值，稱為正熵函數(shù)，表征人類社會該時刻的混亂當量的大小;ES(t)為人類社會在t時刻的負熵值，稱為負熵函數(shù)，表征人類社會此刻通過與外界交換物質(zhì)、能量和信息以及人類社會內(nèi)部自組織而具有的抵制系統(tǒng)混亂能力的大小。

2 人類社會系統(tǒng)的熵動態(tài)變化分析

由于人類社會的多元性和復(fù)雜性，公式 (1)人類社會的熵函數(shù)是數(shù)學(xué)表達式，因此，系統(tǒng)在t時刻的正熵和負熵值很難精確算出，只能根據(jù)系統(tǒng)表現(xiàn)出來的狀態(tài)進行定性的判斷。對公式 (1)兩端求對時間的導(dǎo)數(shù)就是人類社會系統(tǒng)在t時刻各熵函數(shù)的變化率，簡稱熵流:

可以根據(jù)dS符號判別人類社會在t時刻的變化動態(tài)。

2.1 人類社會系統(tǒng)正熵函數(shù)IS(t)的動態(tài)變化

人類社會系統(tǒng)的正熵主要由物理災(zāi)變、生物災(zāi)變和人類自身的正熵構(gòu)成。這些構(gòu)成元素的正熵變化都是受人類社會主體元素－人口的影響，其變化將隨著人口的增加而呈現(xiàn)出相同的發(fā)展態(tài)勢。從理論上講人類社會系統(tǒng)在任意一時刻有熵流diS＞0，即IS(t+Δt) ＞IS(t)。若設(shè)tk，tl為人類社會系統(tǒng)開始運行時刻和未來某一時刻，忽略因局部的、短期的生態(tài)災(zāi)害或者戰(zhàn)爭引起的人口數(shù)量增減，則在區(qū)間 (tk，tl)內(nèi)IS(t)是單調(diào)遞增的。并有

式中:B1為人類社會系統(tǒng)的正熵初始值。

2.2 人類社會系統(tǒng)負熵函數(shù)ES(t)的動態(tài)變化

對于人類社會系統(tǒng)來說，理論上的任意一時間有deS＜0，而且在較長一段時間內(nèi)，負熵在一定生產(chǎn)方式下的變化不大。另一方面，人類社會發(fā)展過程中由于生產(chǎn)方式和社會制度等的變化，找到新的負熵獲取源，探索到了新的獲取高負熵的方法，增大了進入人類社會系統(tǒng)的負熵流，使ES由漸變產(chǎn)生突變。在人類社會發(fā)展過程中可以視人類社會的ES為一連續(xù)分段增長過程。因此可推出

式中:B2為ES的初始值。

2.3 人類社會系統(tǒng)總熵函數(shù)S(t)的動態(tài)變化

系統(tǒng)熵函數(shù)S(t)表征t時刻人類社會系統(tǒng)所處的狀態(tài)，由t時刻系統(tǒng)的正熵和負熵兩部分組成。因此，通過S(t)的符號就可以看出人類社會系統(tǒng)t時刻是處于進步狀態(tài)、危機狀態(tài)，還是臨界狀態(tài)。

(1)S(t)＞0，即IS(t)+ES(t)＞0，說明在t時刻，人類社會系統(tǒng)采用現(xiàn)有生產(chǎn)方式從環(huán)境中吸取的負熵和系統(tǒng)自身自組織所產(chǎn)生的負熵抵制不了系統(tǒng)的正熵，人類社會系統(tǒng)此刻處于退化狀態(tài)，也可稱為危機期。若在此時有dS＞0，即正熵增加速度大于負熵流入系統(tǒng)內(nèi)的速度，可稱之為加速危機期，隨著時間的推移，正熵增加速度減慢，負熵流入系統(tǒng)速度增大，出現(xiàn)dS＜0，說明危機因素在不斷減小，稱為減速危機期。

(2)S(t)＜0，即IS(t)+ES(t)＜0，說明在t時刻，人類社會系統(tǒng)的負熵除抵制正熵外，還有剩余，稱此刻人類社會系統(tǒng)處于進步狀態(tài)，簡稱進步期。若在此時有dS＞0，即正熵增加速度大于負熵流入系統(tǒng)內(nèi)的速度，可稱之為減速進步期，隨著時間的推移，正熵增加速度減慢，負熵流入系統(tǒng)速度增大，出現(xiàn)dS＜0，說明進步因素在不斷增強，稱為加速進步期。

(3)S(t)=0，即IS(t)+ES(t)=0，說明人類社會系統(tǒng)在該時刻所具有的負熵剛好抵制系統(tǒng)的正熵，系統(tǒng)此刻處于臨界狀態(tài)。其變化方向要由此刻S(t)對時間的導(dǎo)數(shù)dS來判別。

綜上所述，人類社會系統(tǒng)的一個周期的幾個階段分別為加速危機、減速危機、加速進步和減速進步，隨著新的生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的的進步，要保證人類社會處于進步發(fā)展狀態(tài)就要保證系統(tǒng)熵函數(shù)S(t)＜0的合理發(fā)展狀態(tài)，這就要控制系統(tǒng)的正熵和努力挖掘人類社會系統(tǒng)可流入的負熵。

3 基于熵理論的人類社會可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略

熵理論要求人類社會的可持續(xù)發(fā)展必須將人類自身和自然環(huán)境系統(tǒng)、生物系統(tǒng)合一，在自然界有限的資源、能源和環(huán)境中約束人類自身數(shù)量的膨脹、欲望的膨脹和人類活動負面效應(yīng)的膨脹。

3.1 有效控制正熵，減慢熵增速度

人類社會系統(tǒng)的正熵主要來源于環(huán)境能量物理災(zāi)變、生物災(zāi)變和人類生產(chǎn)消耗等過程中產(chǎn)生的熵增。自然環(huán)境系統(tǒng)的熵增主要體現(xiàn)在環(huán)境的污染和惡化上;生物災(zāi)變的熵增主要表現(xiàn)在人類行為引起的生物物種的不利變異及對人類社會發(fā)展和自然環(huán)境系統(tǒng)的穩(wěn)定的不利影響上;人類社會系統(tǒng)的熵增則主要體現(xiàn)在人類對物質(zhì)資源的過度開發(fā)、低效利用、極度浪費和生產(chǎn)廢棄物不當處理上［5］。因此，人類社會的發(fā)展應(yīng)當從以犧牲自然環(huán)境系統(tǒng)和生物系統(tǒng)為前提的高消耗、高污染為代價的經(jīng)濟發(fā)展模式中轉(zhuǎn)變出來，建立一種以生態(tài)工業(yè)為主體，以維護人類社會和自然環(huán)境系統(tǒng)及生物系統(tǒng)的和諧為目標，以資源高效、循環(huán)利用為核心，以減量化、再利用、再循環(huán)為原則，以低消耗、高利用為基本特征的可持續(xù)發(fā)展經(jīng)濟方式。這種可持續(xù)經(jīng)濟的發(fā)展方式源于有限、代價、節(jié)約、共生和適應(yīng)等觀念和對傳統(tǒng)工業(yè)的反思，摒棄了傳統(tǒng)生產(chǎn)模式，使得物質(zhì)、能量和信息都能得到合理、持續(xù)的利用。要真正實現(xiàn)這一生產(chǎn)模式需要人類的不斷探索，制定合理的計劃、方針和措施，使得這一理想的發(fā)展模式充分發(fā)揮作用，降低人類社會發(fā)展產(chǎn)生的熵增速度［6，7］。

此外，人口膨脹導(dǎo)致人類生存的需求暴漲，是人類社會熵增的又一直接原因。延緩人口總量的增長，甚至減少人口總量，會直接減緩對地表有用物質(zhì)資源的損耗，減緩正熵流的積聚，延長地表人類生存環(huán)境對人類的“服務(wù)年限”。

3.2 積極開發(fā)利用負熵源

人類社會系統(tǒng)的負熵主要來自于環(huán)境、生物系統(tǒng)和人類自組織機制產(chǎn)生的負熵流。其主要體現(xiàn)在人類發(fā)展所需要的物質(zhì)、能量和信息上。太陽能提供給地球上的生物以能量，生物依靠自身的轉(zhuǎn)化作用為人類提供生存需要的糧食，為人類提供生產(chǎn)生活所需的物質(zhì)資源，同時人類依靠生產(chǎn)工具和科學(xué)技術(shù)，將自然資源轉(zhuǎn)化為多種產(chǎn)品以滿足人類社會發(fā)展的多種需要。

就人類社會發(fā)展所需的負熵源來說，人類過去大規(guī)模的發(fā)展已將資源消耗殆盡，人類今后的發(fā)展必須依靠科學(xué)技術(shù)努力開發(fā)新的可利用資源?？茖W(xué)技術(shù)的進步是人類賴以轉(zhuǎn)化能量，求得自身生存和發(fā)展的手段和中介，但是傳統(tǒng)的技術(shù)是以犧牲環(huán)境利益和增加熵流為代價，其最終往往是在更大程度上造成環(huán)境結(jié)構(gòu)平衡的破壞，降低環(huán)境對人類持續(xù)生存發(fā)展的支撐性。因此，在此強調(diào)的技術(shù)應(yīng)該是一種“溫和的技術(shù)”，既能滿足社會發(fā)展的高科技要求，為社會發(fā)展提供源源不斷的負熵流，又能以減少人類行為對環(huán)境的不利影響為前提，尊重環(huán)境的穩(wěn)定發(fā)展權(quán)利。

4 結(jié)束語

從人類社會發(fā)展過程出發(fā)，建立熵的動態(tài)變化模型并對其動態(tài)變化趨勢進行了分析，得出人類社會發(fā)展的各個時期都要經(jīng)歷的加速危機、減速危機、加速進步、減速進步四個循環(huán)往復(fù)的階段，并從控制正熵，減慢熵增速度和積極開發(fā)利用負熵流角度探討了人類社會實現(xiàn)可持續(xù)宏觀發(fā)展策略，有效控制人口膨脹，在人類社會發(fā)展過程中重視人類自身、社會環(huán)境和生態(tài)環(huán)境的和諧發(fā)展。

［1］杰里米里夫金.熵:一種新的世界觀［M］.上海:上海譯文出版社，1987.

［2］鄭慶華，王鳳武.試論“熵”理論的運用和發(fā)展［J］.微計算機信息 (測控自動化)，2004，20(1):118－119.

［3］林錫奇.論熵、環(huán)境、發(fā)展的統(tǒng)一性 ［J］.南昌大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版)，1997，28(3):16－21.

［4］孟 莉.基于熵理論的人類社會可持續(xù)宏觀發(fā)展研究［D］.哈爾濱:東北林業(yè)大學(xué)，2004.

［5］袁嘉新，蒙肖蓮.熵定律與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略［J］.廣西民族學(xué)院學(xué)報，1997，3(2):179－183.

［6］Iavric V，Baetens D，Pleu V，et al.Entropy generation reduction through chemical pinch analysis［J］.Applied Thermal Engineering，2003，23(14):1837－1845.

［7］孟 莉，王立海，萬 陽.基于熵理論的國有林區(qū)林權(quán)改革分析 ［J］.森林工程，2006，22(6):57－59.