熵定律的经济学涵义及对可持续发展的再认识

熵定律的经济学涵义及对可持续发展的再认识

李建民

南开大学经济学院人口与发展研究所

（中国地质大学，武汉，2002年10月17日）

【内容提要】物质和能量是人类生存与发展的自然基础，因此，物质形态的转变和能量的转换是人类经济系统与自然物质系统之间联系的最基本形式。热力学所揭示的熵定律对于人类而言，也就成了最终约束。对物质和能量形式的转换、占有、交换和再转换构成了人类经济活动的全部物理学意义，也赋予了熵定律丰富的经济学内涵。可持续发展是人类对熵定律作用结果的一种理性反应。平等、自由、理性、进步是构成人类发展内核的基本元素。可持续发展应该是在充分维护自然资源和生态环境可持续性的前提下，使人类步入精神世界的自由王国。

一、引言

可持续发展作为新世纪人类追求发展的新模式，已经于20世纪末在国际社会取得了基本共识，尽管分歧在最近的国际社会的最高政治舞台上依然呈现。但是，一个更为明显的事实是，人类威胁和危害资源环境可持续性的行为却仍在继续。这表明可持续发展对当今世界的人们而言，还仅仅是一种道德约束，或者说，软约束。当社会需要约束或禁止某种行为的时候，它需要的是硬约束，就人类社会内部而言，硬约束就是暴力、法律、行政力量等。但是，这些约束形式仍然不是人类行为的最终约束，因为，这些形式的约束仍然可以不时地被人类自己所改变。人类行为的最终约束来自自然界，是自然界的客观规律。自然规律是人类无法抗拒也无法逃脱的专制者，因为无论人类文明如何发达，它始终还是自然界的一个物种。从这个逻辑出发，我们对可持续发展理解必需建立在自然客观规律的基础之上。

迄今为止，人们改善自己生存状态所采取的途径无非是以下三条：其一，科学和技术进步；其二，发展经济；其三，政治革命或政治改革。实际上，这三条途径的本质是：增强人类开发和利用资源的能力，提高资源在人类各种用途上的配置效率，改善资源在社会成员之间分配的公平性。因此，无论人们寄托于经济发展和政治变革多大的期望，无论人类是否将自己的未来完全托付给科学发展和技术进步，一个目前还难以辩驳的公理是：人类的生存与发展离不开自然资源和生态环境这个物质－能量基础。由此，我们可以做出以下推论：

第一，支配和约束自然界的定律也一定会影响和支配人类社会；

第二，物质－能量的最高自然法则也是人类社会的最终社会法则；

第三，自然界物质－能量的有限性确定了人类物质文明和“物种文明”（人口）增长的极限，至少是在人类目前所处的时空范围之内。

二、物质世界的自然法则：热力学定律

热力学是关于功，或者说，是关于热现象中物态转变和能量转换规律的科学。物质和能量是人类生存与发展的自然基础，因此，物质形态的转变和能量的转换是人类社会系统与自然物质系统之间联系的最基本形式。热力学所揭示的客观规律对于人类而言，也就具有了首要的意义。热力学有两个基本定律：第一定律和第二定律。热力学第一定律，即能量守恒定律，告诉我们能量即不能被创造，也不能被消灭，只能从一种形式转变为另一种形式。热力学第二定律也被称为熵定律。它是说，热自然地从热的物体向冷的物体流动，热不能100%地转化为功。它遵循从一种能量形式转化为成另一种能量形式时，所有的转化率均低于100%。熵是对不能转化能的度量。1美国学者保罗·R. 埃利希（Paul R. Ehrlich）等曾对熵定律含义的最重要的等价表述归纳如下：2

1.在任何能量的转化中，必然有部分能量被降解；

2.在任何过程中，等量的热（热能）都不可能转化为等量的有效功。

3.在任何过程中，热都不能由冷物体转向热物体。

4.一定量的能量可获得性只能使用一次；也就是说，转化为有效功的能

量不能回收利用。

5.在自发过程中，浓度（任何东西）趋于扩散，结构趋于消失，有序趋

于无序。

1参见特德·霍华德和杰里米·里夫金（著）《熵：一种新的世界观》（中译本）上海译文出版社，1987年，第239页。

2引自保罗·R.埃利希、安尼·H. 埃利希和约翰·P.霍尔登，“可获得性、熵和热力学定律”（1977），

图1也是对热力学定律的一种表述。在一个封闭或孤立的系统中，物质和能量守恒，随着时间的变化不会增加也不会减少。但是由于功总是从热物质流向冷物质，并且这个过程是不可逆的，因此，在能量守恒的同时，其结构已经发生了变化，整个系统的墒值在提高，而有效物质和能量则在减少。“当有效能量告罄时，我们称之为热寂。当有效物质用尽时，我们称之为物质混乱。两者导致的都是熵，都是物质与能量的耗散。”3特德·霍华德和杰里米·里夫金曾指出，“对于我们这个小小的太阳系和地球，熵定律仍然是自然界一切定律中的最高定律”。4

埃利希等还解释了熵定律的另一层含义，即物质和能量的可获得性随着

熵值的增加而减少：

“如果被储存的功从不会减少，我们的处境怎么会越来越糟糕呢？

答案很明显，这就是，如果能量流向我们无法获得的地方——例如红外

辐射能逃离地球飞往太空，我们的处境就可能恶化。这样尽管功依然存

在，我们却再也无法利用。然而，一个更基本的观点是：在转化为有用

的又可应用的功时，以不同形式储存的功并不一样。如果能量由容易转

3特德·霍华德和杰里米·里夫金（著）《熵：一种新的世界观》（中译本）上海译文出版社，1987年，第34页。

4引自特德·霍华德和杰里米·里夫金（著）《熵：一种新的世界观》（中译本）上海译文出版社，1987年，

化的形式变成不容易转化的形式，我们的处境就会更糟，即使能量没有

消灭甚至没有流向一个我们接触不到的地方。能量转化难易的程度—储

存功转化为可用的功—通常称作可获得性。”5

人类文明发展的物质基础对人类行为的限制还包括物质和能量的可得性。这种可得性既有技术方面的限制，也有社会方面的限制。

三、熵定律的经济学涵义

虽然热力学第二定律已经被物理学家揭示和证明已经是很久以前的事了，6但是它长期以来却没有得到经济学家们的注意。与熵定律主宰的封闭系统不同，经济学研究的是人类的经济活动，而经济系统相对于地球自然系统而言，是一个开放的系统。7其实，人类的每一个个体都是一个开放系统。熵定律只有在孤立系统和封闭系统中存在，在一个开放系统中，它就失灵了。所以说，如果不是经济学家们没有意识到熵定律对人类经济系统的意义，那就是他们把熵定律驱逐出经济学领域。但问题是，熵定律当真能够被赶走吗？美国学者特德·霍华德和杰里米·里夫金曾指出：“热力学定律为世界上一切物质活动的开展提供了整体的科学框架。…人类所参与的每一项物质活动都受着热力学第一、第二定律的严格制约。”8人类的经济活动也应如此，因为这个开放系统是依存于地球这个封闭系统的。我们应该深入地理解熵定律的经济学内涵

1.经济是物质和能量的转换器

经济学家们对经济本质的理解不尽相同，甚至相去甚远。但是，经济过程本质上是物质和能量的转换器。经济学把经济过程分为生产、交换、分配和消费四个方面，而这四个方面都于物质和能量的转换直接相关。人们利用生产过程将自然界的物质和能量转换为符合自己需要的形式；人们根据社会规则通过分配过程获得一定量的某种形式的物质和能量，或者对一定量物质和能量的支配权利；人们借助于交换过程用某种形式的物质和能量与他人交换自己所需要的物质和能

5引自保罗·R.埃利希、安尼·H. 埃利希和约翰·P.霍尔登，“可获得性、熵和热力学定律”（1977），赫尔曼·E.戴利和肯尼斯·N.（编）《珍惜地球》（中译本），商务出版社，2001年，第82页。

6法国军官迪沙·珈诺在1827年发现了熵的原理，德国物理学家鲁道尔夫·克劳修斯在1868年创造了熵这个词。

7就一个系统与外部环境的关系而言，系统可分为三类：其一，孤立系统，它与外界既没有物质交换也没有能量交换；其二，封闭系统，它只与外界交换能量但不交换物质；其三，开放系统，它与外界既交换物质也交换能量。

8参见特德·霍华德和杰里米·里夫金（著）《熵：一种新的世界观》（中译本）上海译文出版社，1987年，