無序的科學

前言

寫給中國讀者的話很高興能有機會就我的《無序的科學》中文版的面世為中國讀者寫點什么，能與一個世界上人口最多、具有5000多年文明和傳統(tǒng)歷史的國家的人民進行對話、交流，確實令我感到十分榮幸。在此我想感謝湖南科學技術(shù)出版社，感謝該社的副社長及本書的編輯劉堤地先生為本書出版的方方面面所提供的極其有益的幫助。我也感謝譯者王芷為翻譯本書付出的辛勤勞動。由于全球經(jīng)濟一體化、自由貿(mào)易、人口增長和科技進步，我們的世界正發(fā)生著巨大的變化而迅速向前發(fā)展。在過去的幾十年里，科技和經(jīng)濟的發(fā)展已成為整個世界的驅(qū)動力，帶動著一些發(fā)展中國家，特別是中國，進入一個工業(yè)化、現(xiàn)代化的進程，使人們的收入增加，生活水平提高。在這個過程中，中國已成為世界一支主要的經(jīng)濟力量。但是與此同時，環(huán)境和社會經(jīng)濟學問題——常稱之為“挑戰(zhàn)”——也在全世界出現(xiàn)。這些問題并不是偶然意外，而是熱力學第一、第二定律——即在本書所說的能量定律和熵定律——的必然結(jié)果。這兩條自然定律一直并仍在繼續(xù)控制著我們宇宙的所有事物，包括人的行為。它們對我們的影響已成為我們?nèi)祟愓w的不可分割的一部分，因此了解這兩條定律運行的規(guī)律，并對它們給予高度的關(guān)注將是十分有益的。我花費20多年的時間，對熱力學的概念進行一些思考、探索和研究。盡管從那時起到現(xiàn)在，熱力學的概念已有了很大的變化，但熱力學定律仍然適用于我們，不僅僅是仍然適用，而且甚至對我們今天更適用，因為世界人口、能源消費和世界貿(mào)易問題已大大增加，環(huán)境、人類健康和社會經(jīng)濟學系統(tǒng)面臨著更緊張的局面。自然界一直為我們?nèi)祟愄峁┲S富的能源和資源，但是，熱力學——通過熱力學第二定律——告誡我們，能源的利用不是免費的，被利用的每一種能源都會在環(huán)境留下它們各自的影響或造成一定的后果，常常帶來一些生態(tài)學、社會學和對人類健康不利的問題。因此，社會經(jīng)濟學系統(tǒng)需要認識到這一事實并建立相應(yīng)的政策。在最近的的一段歷史中，因為人口的增長，人類轉(zhuǎn)到高強度農(nóng)業(yè)的耕作方式，包括機械化、灌溉、使用化肥和殺蟲劑等一些方式。這些技術(shù)雖然有助于增加單位面積的糧食產(chǎn)量，但是也破壞了生物圈的正常循環(huán)，因此也助長了環(huán)境熵——環(huán)境的無序——的增加。這些技術(shù)已導致土壤侵蝕加劇、地下水和水源被污染。而且殺蟲劑的使用帶來了一系列涉及公共衛(wèi)生和環(huán)境的令人頭痛的問題。歷史的教訓說明，每一項應(yīng)用科學——技術(shù)——都會產(chǎn)生一定的副作用，歷史學家稱之為：技術(shù)的無意結(jié)果。在許多情況下，這些副作用——無序——都帶來許多的我們每一個個體和社會群體都不能忽視，而是必須重視的社會問題和環(huán)境問題。隨著我們對熱力學定律——特別是熱力學第二定律～的知識的增加，我們會越來越意識到我們所有行為可能帶來的后果。熱力學有助于我們了解自然怎樣運作，了解人與人之間、人與自然之間該怎樣和諧共處，有助于我們構(gòu)建一個胡錦濤主席倡導的“和諧社會”。杰克·霍金凱博士于美國加利福尼亞洛杉磯

內(nèi)容概要

　　《無序的科學》從一個物理學家的角度出發(fā)，闡述怎樣將熱力學定律應(yīng)用到人類社會所有領(lǐng)域，包括：化學、宇宙學、醫(yī)學、教育、農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟、技術(shù)和生態(tài)學。一旦掌握了熱力學定律的精髓，就能弄清我們現(xiàn)在所面臨的一些從經(jīng)濟到環(huán)境再到社會的、日益復雜的全球性問題。這些熱力學定律知識的精髓將幫助我們了解自然界一切活動的運轉(zhuǎn)過程，以使我們能夠在一個和諧的自然環(huán)境中生活并與自然和諧相處。我們所處的世界正迅速變化，變得越來越復雜，越來越無序。污染越來越嚴重，經(jīng)濟處于無序當中，犯罪和社會沖突頻繁發(fā)生，武器倍增并四處擴散，我們的生活變得狂躁、混亂無序。盡管人們一直在對污染加以控制，但生態(tài)環(huán)境仍處在危機當中：空氣當中仍彌漫著有毒氣體，周圍環(huán)境仍四處堆放著有毒化學品、核廢棄物，飲水和食物中仍殘留著化肥和殺蟲劑。盡管人們一直堅持不懈地試圖根治令人討厭的病毒、細菌和有害昆蟲，但它們?nèi)运翢o忌憚地侵襲著人類，而且日益猖獗?！　∶鎸ι鲜隼Щ笪覀兓蛟S能從熱力學原理中找到解釋。熱力學第一、第二定律適應(yīng)于人類社會所有領(lǐng)域——從物理學、化學、生物學到經(jīng)濟學、社會學及人的思維——活動的全過程，也就是說人類社會的所有活動都受熱力學第一、第二定律支配。由于歷史的原因，最初研究這些定律是在研究熱和熱能的過程中發(fā)現(xiàn)的，因此被稱為熱力學定律，然而，它們同樣也是對人類非常重要的、具有普遍意義的自然定律?！　o論是重視還是輕視熱力學定律，真正要在熱力學定律基礎(chǔ)之上來解決我們面臨的許多問題還是非常困難的。因此，一個非常重要的問題是，我們應(yīng)真正了解、熟悉這些定律，了解這些定律對我們生活、我們社會和我們環(huán)境的影響。這樣才不會做出與自然規(guī)律相悖的決策?！　≡缭谌祟愔R被劃分成許多專業(yè)之前，科學和哲學的目標是一致的：探求自然是怎樣運動的真理，以達到發(fā)現(xiàn)自然基本規(guī)律的目的。通過這一過程對自然以及人類在自然中所處的地位提出綜合、統(tǒng)一的自然觀。然而到今天人類知識留給我們的只有哲學而沒有科學，科學已被技術(shù)一實用科學所取代。正像一位科學家所描述的：關(guān)心的是技術(shù)，追求的還是技術(shù)（listentothetechnologyandfindoutwhatitistellingyou）。但技術(shù)是不能向我們提供任何自然法則的，法則必須來源于一些真實的人生哲理，因此，我們真還不得不回到熱力學定律上來。技術(shù)曾承諾給我們一個新的世界，在這個世界里我們將得到對自然和環(huán)境的控制力；將得到源源不斷的、低廉的能源和自然資源；將享受無病害干擾，健康并充滿活力的生活。但這些都沒有兌現(xiàn)，其真正的原因是：我們是生活在一個熱力學世界，一個技術(shù)無法左右、只能由熱力學定律來控制的世界?！　”M管這些熱力學定律早在150年前就被發(fā)現(xiàn)，但大部分人——包括受過教育的人卻對它們并不十分了解。例如阿爾·戈爾（AIGore）在他的《維持地球平衡》（EarthintheBalance）一書中，僅僅是提到熱力學第一定律，而對人類影響最大的自然定律之一——熱力學第二定律沒有提及?！　崃W定律——特別是熱力學第二定律——在大量文獻中被頻繁誤解、歪曲，造成非常混亂的概念。在這《無序的科學》里，許多常見的誤解，包括大量與它相悖的、被篡改的錯誤概念得到澄清、更正。在第一、第二章里用一般術(shù)語闡述了熱力學第一、第二定律的主要思想，附帶介紹了一些歷史背景，為《無序的科學》的主題提供了科學基礎(chǔ)。　　在今天變幻莫測的世界里，許多技術(shù)、理論、意識形態(tài)、時尚和信息都迅速過期、被擯棄。而熱力學定律卻長盛不衰、保持穩(wěn)定，不僅經(jīng)受了時間的檢驗，而且隨著越來越多的實證數(shù)據(jù)的積累而變得越來越有說服力?！　崃W定律是建立在兩個熱力學量：能量和熵的基礎(chǔ)之上的。　　第一定律是能量不滅定律。意思是宇宙中的能量的總量是恒定不變的，是一個恒量。這喻示宇宙中的能量既不能創(chuàng)造也不能被消滅，但是能夠從一種形式轉(zhuǎn)換成另一種形式。俗語“有失才有得”就是源于此定律?！　〉诙墒顷P(guān)于熵的定律。它規(guī)定在所有過程中熵的增加是不可逆的。物理學家把熵作為度量一個熱力學系統(tǒng)無序狀態(tài)程度的量度單位。如果用經(jīng)濟學術(shù)語來說，第二定律可看做自然界的一個強硬的收稅員，它索要的稅款取自于由熱力學系統(tǒng)無序狀態(tài)增加而導致的所有我們的活動。由增加熵，也就是通過稅收，第二定律控制和指揮宇宙所有運動過程繼續(xù)進行的方式、途徑。因此，第二定律在所有自然定律中享有最高地位，對第二定律我們應(yīng)從全局的、整體的角度理解。　　不論是物理學家、生物學家、經(jīng)濟學家、心理學家，還是政治家；也不論是保守黨還是自由黨，或中間派；不論是技術(shù)人員、環(huán)保主義者、資深生態(tài)學家，還是生態(tài)女權(quán)主義者；不論是非洲人、美洲人、亞洲人、澳大利亞人還是歐洲人；不論是資本主義者、共產(chǎn)主義者還是社會主義者都會感受到在我們之中和我們周圍各種累積在一起的熵對我們施加的影響，這些累積的熵來自于自然的、社會的、環(huán)境的、經(jīng)濟的和思維的熱力學系統(tǒng)，有了這種感受倒是對我們弄清熵的方方面面提供了便利?！　?0年前，生態(tài)學家迪博（ReneDubos）就指出：“技術(shù)和其他實用性科學一直被過分吹噓。”這位著名的生物學家認為：科學在評判知識真?zhèn)?、客觀、合理、有創(chuàng)意地評判社會進化帶來的問題、促進知識進步中發(fā)揮的作用越大，那么科學對人類就越有用。但他指出：“在大學和研究所里科學即使沒有被完全忽視也是處于一個非常低的地位，人們對大量科學技術(shù)的重要成果、結(jié)論已介入到人類生活和其生存的環(huán)境視而不見?！?0年后的今天，迪博所說的這種狀況依然如故?！　〔恍业淖銦崃W定律也遭受如此境遇。雖然熱力學定律能夠幫助我們理解并解決今天所面臨的、特別是那些由人類自己制造的問題，但熱力學定律——包括熱力學原理中重要的、具普遍意義的不可逆概念，如自然過程的不可逆性——一直沒有受到應(yīng)有的重視。試想我們?nèi)绻麑⑷祟愂澜缰糜谝粋€由人類本身控制的可逆（能進行一系列向前或向后變化的）系統(tǒng)，而不是一個受熱力學定律約束的不可逆系統(tǒng)來進行觀察，由此而得到的觀察結(jié)果誤差會有多么的大?！　∫坏┱莆?、熟悉了熱力學定律，許多早前不可理解的現(xiàn)象和似是而非的觀點就會豁然開朗。人們會明白為什么時間長河只能淌過一次，為什么人的年齡不可逆轉(zhuǎn)，為什么人們的生活變得越來越復雜，越來越不確定，為什么人類將經(jīng)歷“未來的沖擊”，為什么身邊省時的發(fā)明越來越多而自己擁有的時間卻越來越少，為什么有許多承諾和期望沒有兌現(xiàn)。同時我們也能預(yù)知未來的危機?！　‖F(xiàn)時的教育、經(jīng)濟制造了大量的專家。然而，我們在各自專業(yè)領(lǐng)域?qū)W到的概念——雖然是一些有用的、基本的知識，都只限于狹窄的范圍，這種教育并沒有賦予我們?nèi)帧⒕C合地觀察世界的能力。相反，有關(guān)熱力學的科學知識——包括由它衍生出來的所有定律的素質(zhì)訓練，會使我們學會全面地看問題，自然也會促使我們?nèi)タ紤]全局。以往我們在判斷上釀成大錯，原因在于我們僅僅考慮了熱力學系統(tǒng)的局部?！　榻鉀Q當前各式各樣而又互相聯(lián)系的問題，需要一類可以通用的、基本的自然法則，這些法則可應(yīng)用到所有活動和過程之中。如果我們找到并熟悉這些法則，我們就擁有了一個討論并解決經(jīng)濟、管理、教育、健康狀況、交通、技術(shù)和生態(tài)等一系列緊迫問題的基礎(chǔ)。

作者簡介

作者：(美國)霍金凱 譯者：王芷杰克·霍金凱(Jack Hokikian)，南加利福尼亞大學實驗物理學博士，20世紀70年代在一家噴氣推進器實驗室從事固定軌道宇宙飛船研究，在那里工作8年。曾任南加尼福利亞大學、加尼福利亞州立大學北嶺分校計算機科學專業(yè)教授，指導有關(guān)自動化技術(shù)和數(shù)據(jù)設(shè)計管理的研討會?，F(xiàn)任洛杉磯某保健機構(gòu)數(shù)字建筑設(shè)計師。

書籍目錄

第一章 自然第一定律一、什么是能量?二、熱力學第一定律的誕生三、永動機的不可能性四、能量的放射性與持久性第二章 自然第二定律一、新科學的誕生二、熱力學第二定律的誕生三、自然過程的不可逆趨勢四、什么是熵?五、麥克斯韋妖企圖摧翻熵定律六、熵如同“時間的箭頭”七、波耳茲曼的熵推導式第三章 自然定律的作用一、無情的增熵二、宇宙從時鐘般規(guī)律運行到“過熱死”三、熱力學與宇宙論四、熵——一個度量未知因素的量五、人類——一個開放的熱力學系統(tǒng)六、為什么我們的年齡不可逆轉(zhuǎn)七、與第二定律相悖的進化是一個奇跡嗎?第四章 知識和熵一、知識經(jīng)歷了熱力學轉(zhuǎn)化二、教育系統(tǒng)的熱力學觀點三、知識的無序狀態(tài)第五章 處于高熵中的美國一、美國的高熵生活二、所有產(chǎn)生熵和浪費時間的領(lǐng)域三、淹沒在信息的汪洋四、選擇太多，時間太少五、我們最終會把我們自己從機器中解放出來嗎?第六章 工-農(nóng)聯(lián)合體一、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和熱力學第二定律二、殺蟲制三、環(huán)境中的土壤侵蝕和退化第七章 熱力學第二定律的真正意義是什么?一、反思自然資源和能量的可用性二、熵：所有自然過程的最高管理者三、溫室效應(yīng)四、高技術(shù)環(huán)境中的熵五、我們能夠“控制”自然過程嗎?第八章 經(jīng)濟，環(huán)境和熱力學定律一、經(jīng)濟學理論二、計算機和技術(shù)經(jīng)濟學三、經(jīng)濟學環(huán)境外部因素的概念四、把經(jīng)濟學當成一門應(yīng)用科學第九章 為什么許多事物在我們未認識它之前看起來如此完美一、為什么許多期待被幻滅?二、核聚變將給人類帶來什么?三、空間：無限嗎?四、發(fā)展中的全球一體化和熵第十章 以熱力學眼光看世界一、“事半功倍”的概念二、對變化和科技“發(fā)展”的重新審視三、區(qū)分低熵行為、高熵行為及生活方式第十一章 熱力學法則一、科學教我們?nèi)绾紊盍藛?二、始終如一地傳達科學信息的必要性三、讓熵成為我們?nèi)粘Ｓ谜Z的一部分四、熱力學與知識的統(tǒng)一注釋索引

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