文、圖/壯歌德

新常態(tài)科學(xué)角度看世界

New normal scientific perspective of the world

文、圖/壯歌德

消費(fèi)需求的膨脹，導(dǎo)致生產(chǎn)快速增長(zhǎng)，誘發(fā)此類環(huán)境問題。其實(shí)，縱觀歷史，人類的存在就是一個(gè)持續(xù)消費(fèi)的過程。人們靠消費(fèi)來存活和享受生命，并不斷同鄰居以及各種各樣的名人比較消費(fèi)水平。

人類如同阿米巴變形蟲，遇到好東西就一口吞掉。傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)學(xué)認(rèn)為“消費(fèi)”惠及普羅大眾，是促進(jìn)社會(huì)進(jìn)步的靈丹妙藥。然而，從古典哲學(xué)和現(xiàn)代科學(xué)的角度來看，這種觀點(diǎn)都是極其錯(cuò)誤的。

生物圈中的原子數(shù)目估算：

不同元素的原子 數(shù)目（×1040）液態(tài) 氣態(tài) 固態(tài)氧原子 4466 1003 67.7氫原子 8932氮原子 4530硅原子22.6鋁原子 6.7鐵原子 2.0鈉原子 2.9鈣原子 2.2錳原子 1.9鉀原子 1.7碳原子 0.9 0.06

人們通過重組物質(zhì)的方式來消費(fèi)。理論上，地球可用的物質(zhì)總量用原子數(shù)目來表示的話，總數(shù)為19041x1040。其中海洋中氫原子個(gè)數(shù)為8932x1040，海洋中的氧原子個(gè)數(shù)為4466x1040，空氣中的氧原子個(gè)數(shù)為1003x1040，巖石和植被中的氧原子個(gè)數(shù)為68x1040。從這一角度來看，碳原子數(shù)量非常少，固體中僅含0.06x1040個(gè)，涵蓋所有的生物質(zhì)，而氣體中包含0.9x1040個(gè)。而且，在人類將碳?xì)滏I轉(zhuǎn)化為碳氧鍵的過程中，起關(guān)鍵作用的只有六角形碳原子。

工業(yè)革命的興起，改變了我們的地球。在那之前，在道爾頓于1802年發(fā)現(xiàn)原子之前，經(jīng)濟(jì)學(xué)的基礎(chǔ)就已經(jīng)成型。當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)學(xué)家分析農(nóng)產(chǎn)品和家庭手工業(yè)之間的周期性關(guān)聯(lián)（魁奈，1756年），并計(jì)算遠(yuǎn)古時(shí)代獵人消費(fèi)涉及的貨幣交換問題（史密斯，1776年）。當(dāng)時(shí)，消費(fèi)者和各國(guó)領(lǐng)袖關(guān)注的焦點(diǎn)都集中在價(jià)格的價(jià)格、收入和GDP的貨幣價(jià)值上。

近幾年科學(xué)不斷發(fā)展，人們得以采取更為客觀的方式進(jìn)行觀察和計(jì)算。大到全球狀況，小到個(gè)人活動(dòng)，上至肉眼可見范圍，下至原子活動(dòng)，都可以觀察到。這些進(jìn)展可將個(gè)人飲食，同全球性食物需求以及碳水化合物的化學(xué)反應(yīng)聯(lián)系起來。

從地球上空俯瞰，生命的存在似乎是這樣一個(gè)過程：嘗試各種方法斷開碳?xì)滏I，以使碳原子同空氣中的氧原子結(jié)合形成碳氧鍵。新形成的碳氧鍵鍵能是碳?xì)滏I的兩倍。數(shù)十年前，化學(xué)家就發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象，并借此計(jì)算食物的“卡路里”和各類燃料中的“可用能”，包括三大化石燃料煤炭、石油、天然氣在內(nèi)。簡(jiǎn)單來講，單個(gè)碳?xì)滏I的鍵能約為4ev，單個(gè)碳氧鍵的鍵能在8ev以上。當(dāng)一千克CH4分子（即天然氣）同O2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)前后兩種化學(xué)鍵之間的鍵能差總量為26兆焦，這部分能量可用來取暖、做飯和驅(qū)動(dòng)器械。

當(dāng)前，研究者開始應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)來解釋經(jīng)濟(jì)活動(dòng)。從這一角度來看，將碳?xì)滏I轉(zhuǎn)化為鍵能更大的碳氧鍵（二氧化碳）的過程會(huì)釋放能量。過去二十年里，現(xiàn)代科學(xué)的進(jìn)展，使得科學(xué)界觀察到分子中原子的拓?fù)湫再|(zhì)（巴德，1991年）。與此同時(shí)，鍵能的含義可擴(kuò)展為：分子內(nèi)部電子電荷相互作用的一部分。一個(gè)CH4分子中四個(gè)碳?xì)滏I的鍵能總和為17ev，分子總能量為122ev。該分子同氧原子結(jié)合后，能量總和為471ev。此結(jié)合過程產(chǎn)生二氧化碳和水，而能量總和維持不變。然而，由于二氧化碳中的碳氧鍵更為穩(wěn)定，因而多余能量釋放出來，為人類所用。此為近年來出現(xiàn)的新型研究方法，其有效性有待進(jìn)一步探究。

雖然遠(yuǎn)古時(shí)期的人類并不了解這一過程的原理，但其帶來的明顯好處激發(fā)出人們對(duì)食物和各種形式的能源（包括牲口、火和化石燃料）的熱愛。

碳?xì)滏I的鍵能4ev

碳氧鍵的鍵能 8ev

當(dāng)前，全球經(jīng)濟(jì)、金融危機(jī)、不可思議的巨額債務(wù)、人類活動(dòng)對(duì)氣候造成的影響引發(fā)廣泛關(guān)注，人們需要從全新的視角看待這些問題。以往，經(jīng)濟(jì)學(xué)家、金融專家和各國(guó)領(lǐng)袖習(xí)慣了用貨幣衡量一切，如今他們必須面對(duì)現(xiàn)實(shí)，承認(rèn)金錢再也不能代表一切。

著名雜志《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》發(fā)現(xiàn)無法將金錢同現(xiàn)實(shí)統(tǒng)一聯(lián)系起來，故而引進(jìn)“巨無霸指數(shù)”這一概念?？紤]到中國(guó)國(guó)情，此處用饅頭指數(shù)替代。簡(jiǎn)要來說，含100千焦能量的均一碳水化合物的“饅頭指數(shù)”，可被視為一組碳?xì)滏I的集合。工人消耗這一集合并將其轉(zhuǎn)化為“工作”。

經(jīng)濟(jì)學(xué)家可參考下圖的化學(xué)鍵轉(zhuǎn)換過程，以理解上述說法。假設(shè)每個(gè)碳?xì)滏I的價(jià)值為一張撕成兩半的50元紙幣，總價(jià)值為50元。在碳水化合物分子內(nèi)懸掛著半張100元，氧分子內(nèi)化學(xué)鍵也是一張撕成兩半的50元紙幣，但還包含半張游離的100元紙幣。當(dāng)碳水化合物和氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，原有化學(xué)鍵斷裂形成新的碳氧鍵，鍵能價(jià)值100元。

但分子電荷的總和是恒定的，反應(yīng)過程釋放出分子“不需要”的能量。字典中對(duì)“熵”的定義即為“不可用的能量”。上述過程生成的主要化合物為二氧化碳，其分子內(nèi)部的化學(xué)鍵十分牢固，熵值很高。

如果一個(gè)外星人正在觀察地球，他會(huì)很疑惑為什么人類在拼命推高生物圈的熵值。過去，小到個(gè)人飲食、大至工業(yè)對(duì)化石燃料的巨額消耗，我們致力于釋放能量，以促進(jìn)經(jīng)濟(jì)進(jìn)步。然而，若將碳?xì)滏I看做通用貨幣，則人們的各項(xiàng)活動(dòng)都可比作破壞50元來“拼湊”200元的過程。

CH4電子密度圖

現(xiàn)在我們必須承認(rèn)這一過程同時(shí)也在不斷將有害物質(zhì)排入穹頂之下，使大氣愈加污濁。

如果一個(gè)饅頭的價(jià)格是50分，則單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)碳?xì)滏I價(jià)值6.64 x 10-24分。2014年人類消耗的碳?xì)滏I總數(shù)為1799 x 1037，若換算成貨幣，則當(dāng)年人類活動(dòng)總值為20萬億美元。按照傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)學(xué)算法，2014年所謂的全球GDP高達(dá)80萬億美元，若按照饅頭算法，僅人類活動(dòng)制造的碳氧鍵就達(dá)40萬億美元。

2014年人類消耗的碳?xì)浠衔锖吞細(xì)浠衔镏刑細(xì)滏I總數(shù)為（1799 x 1037）（消耗過程產(chǎn)生碳?xì)浠I）