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1、精品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

2、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

3、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

4、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1.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

5、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.美国学者保罗R。埃利希（PaulR.Ehrlich）等曾对熵定律含义的最重要的等价表述归纳如下：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

6、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。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。”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”。热寂混乱可获得性熵0图1热

7、力学定律孤立或封闭系统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。”人类文明发展的物质基础对人类行为的

8、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，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。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：

9、“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。”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

10、;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量形式；人们通过消费活动（又是物质和能量形式的转换)来维持自己的生命和社会的秩序。由此可见，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，人类的经济生活仍然不可以摆脱熵定律的制约。需要进一步强调的是,与其他生物相比，经过人类生产和消费活动而转换的物质和能量的形式更多的是高熵。（参见图2)人类在地球上扮演着有效物质和能量终结者的角色.生态环境和自然资源是低熵的供给者，也是高熵的容纳者。人类则是低熵的需求者和高熵的生产者。低熵转化为高熵的结果在人类社会就表现为人口数量的增长和人类生存状态的高度物

11、质化.对此，尼古拉斯乔治斯库罗根做出如下精辟的阐述：自然世界物质-能量熵积累人类世界生命延续财富积累有效物质和能量熵图2两个世界间的物质能量交流“输入经济过程的东西是有价值的自然资源，经济过程所产生的东西是毫无价值的废物。从热力学的角度看,物质能量以低熵的状态进入经济过程，以高熵状态出来.从熵的角度来说，任何生物的或经济的行为，其成本总是高于产出。同样，从熵的角度而言,任何生物或经济的行为必然导致赤字.”地球上的其它生命形式的生物过程也是一个具有吸取低熵输出高熵的能量转换过程，只不过这个过程没有表现为人类社会的经济过程形式。从某种意义上讲，经济过程实际上是人类生物过程的外在化或外在延续。而这种

12、延续的基本原因是人类的人造工具对自然工具的延伸或替代.因此，我们还可以说，是技术过程催化了人类的经济过程。环境经济学和生态经济学的最大贡献是将经济过程还原为自然过程或者生物过程，其意义就在于使人们理解经济过程要受自然界规律的统治。2熵是“经济短缺的主根”开放的经济系统只是地球这个封闭系统中的一个部分，它依赖于地球自然系统有效物质和能量的供给,以及对人类生产和消费活动产生的废物的消纳.这种开放的局部与封闭的整体之间的关系,导致了经济学最基本的命题:稀缺性.经济学家尼古拉斯乔治斯库-罗根（NicholasGeorgescuRoegen)将热力学第二定律描述为“经济短缺的主根”传统经济学并不否认资源

13、的稀缺性，相反，稀缺性是经济学产生的根源所在，没有稀缺性，也就没有经济学。但是，传统经济学视野中的稀缺性不是自然界资源供给的稀缺,而是市场上资源供给的稀缺。古典经济学时代的经济学家，诸如英国的马尔萨斯、李嘉图和法国的重农学派等，还能认识到自然界资源（土地）供给的稀缺性,但后来的主流经济学家们则使经济学基本脱离了与自然界之间的联系.如果说经济家们对自然界资源供给的稀缺性还有些许忧虑的话，那么科学技术的发展则使他们彻底地乐观起来。他们相信，科学技术的发展总会使人类发现新的稀缺程度低的资源，来替代原有的稀缺程度变高的资源。而经济过程只需要通过市场价格将供求信号传递出去即可。由于资源的稀缺性是通过市场

14、表达的，而市场对资源稀缺性的表达可能失真，或者说，市场上资源的稀缺性与自然界资源的稀缺性不一致甚至相背离。不幸的是，人们又完全依据市场价格体系对资源稀缺性进行判断和决策。现实中,我们可以经常看到这种奇怪的现象：自然界稀缺性高的资源在市场上的供给很充裕,而自然界稀缺性低的资源在市场上的稀缺性却很高。如何使市场上资源供给的稀缺性准确和及时地反映出自然界资源供给的稀缺性一直是环境经济学致力完成的任务，同时也是可持续发展经济制度安排的核心内容。一个显而易见的例子是太阳能的利用.我们知道，地球之所以是封闭系统而非孤立系统，是因为虽然它与外界不能交换物质，但是可以与外界交换能量，它可以从太阳那里获得光能.

15、除了地球上的个别角落以外，太阳光能的获得非常容易，相对于地球上的矿石能源,太阳光能是供给无限的资源。人们可以免费享受太阳慷慨的赐予。但是，阳光只是地球从太阳直接获得的初始能量形式，如果满足人类的各种需要还必须能够将太阳光转换为其他形式的能量。可以说，太阳能可能是人类对能量的最终依靠。但是，太阳能转换及利用技术的发展却相当缓慢,并鲜有太阳能利用技术和太阳光能转化能源提供给市场。造成这种现象可能有技术方面的原因,但是更直接的原因是矿石能源市场供给价格仍然十分低廉，因而缺乏开发太阳能的利益驱动。而更深层次的原因则是，当今世界的经济和政治体系维护的仍然是以矿石能源垄断集团或国家的利益。只要这种利益存在

16、，只要以其为基础的世界政治经济体系继续存在，太阳能就不可能真正成为能源市场上的主角，尽管我们不断地听到关于地球矿石资源耗费危机的警告。3增长的极限：熵定律与经济学传统信条的冲突经济规模的增长是经济学的传统信条，而增长极限问题一直是经济学家们的敏感的神经，罗马俱乐部1972年发表的增长的极限曾因触动了这根神经而引起轩然大波。在增长极限问题上，熵定律与经济学的传统理念相冲突。经济学的传统信条告诉我们,如果经济停止了增长，那么就会万恶丛生.即使是强调经济发展与经济增长之间区别的发展经济学家们，也没有能够脱离传统经济学的增长窠臼，因为,他们一方面强调只有增长的经济不是发展的经济，而另一方面，他们又认为

17、增长是发展的前提.但是，熵定律却明确地告诉我们，一个有限的环境不能支持无限的增长。因为，物质和能量只要转化成为人类需要的某种形式，就会形成熵或者污染，而过分的拥挤也会导致地球的生态系统的失衡。人类社会系统的负熵或低熵是以自然界的高熵为代价的。封闭的地球自然系统为开放性的人类社会系统设定了其增长的极限.可以说，存在于封闭系统中的开放系统,其开放程度越高，从外部吸收的负熵越多，其母系统的熵增加就越快。人类物质文明与自然界的关系就是按照这个模式运行的.如果经济规模繁荣增长是有极限的，那么，人类应该追求怎样的经济状态呢？梅多斯等人在增长的极限中提出“零增长理论”，而美国生态经济学家赫尔曼E。戴利（He

18、rmanE。Daly）则从熵定律出发，引申出“稳态经济模型即“稳态经济被定义为稳定的物质财富(人造物)和稳定的人口,每一种都保持同样的选择,需要低的通量水平，即低的出生率等于低的死亡率，低的物质生产率等于低的折旧率，以使人民长寿和物质存量保持高水平。通量可以看作是维持存量的成本，从低熵物质的开采(耗减）投入端开始，到等量的高熵废物（污染物）产出端结束。通量是维持人口的人造物的不可逆成本,相对于所选择的维持成本应最小化。”但是，从增长经济转变为稳态经济，人类还有相当长的路要走。不仅仅是因为在全球范围内稳定人口的实现还需要很多的时日，而且人类还需要时间和努力彻底改变长期以来统治人们头脑的社会价值体

19、系.尽管一些具有远见卓识的学者们发出了各种警告，主宰目前人类社会的价值观念依然是以人类为中心的、以物质财富为表现的价值体系.当我们从热力学定律角度看的时候，我们就会发现,人类所创造的这个巨大物质财富山峰实际上只是一座废料场。一代人从上一代承袭下来的低熵财富越来越少，传给下一代的高熵垃圾却越来越多。在这种情况下,人类只能不断地精心设计和修改自己的社会制度以应对自然界物质结构趋向耗散的挑战。4技术的作用和本质早期的乐观主义者确信地球上有取之不尽的资源可供人类所使用，而他们当代的继承者则坚信科学和技术发展的无限潜力。但是，技术,并不像人们所宣称的那样能提供长期增长的方法。所有技术都遵循热力学定律,我

20、们不能企求技术违背熵的原理。人类技术发展史是由工具的创新和工具使用制度的变革为核心的，人类对技术的需求无一不是以发现资源、开发资源、利用和消费资源为中心。技术的发展不断地发现新的资源或资源新的利用方式，从而给人类无限的期望.人类社会系统通过技术和经济体系将人类社会与自然界紧密地联系在一起。当我们经济学分析的视野仅局限于人类社会系统的时候,人类社会发展的前景应该是无限乐观的。但是，当热力学定律迫使我们将视野扩展到自然界及其与人类社会关系时,人类盲目乐观的理由也就荡然无存。实际上，人类一直用增加高熵的办法来实现自己对低熵的需求。从某种意义上讲，人类文明仍然是采集文明或者殖民文明。即，人类不断地在地

21、球各处采集物质和能量，随时将不具有市场经济价值或低市场价值的资源抛之脑后,不断地追求市场追捧的可以带来高利润回报的资源，而对这种高利润是否会导致高熵积累则漠不关心。科学技术的发展与应用取决于现实的社会需求。从这个意义上讲，科学技术对于人类的可持续发展而言,是一把双刃剑。其最终的效应将取决于满足谁的怎样的需求.英国学者G.S。刘易斯（G.S。Lewis）在人之废（TheAbolitionofMan）一书中对技术的社会本质做出如下阐释：“我们所说的人对自然的权力，结果是一种一些人将自然用作工具对另一些人施加的权力。人类获得一项新权力，也就是控制人类的又一项权利.任何进步既让人类变得更强也使之变得更

22、弱。每一次胜利，人类既是凯旋的将军，也是跟随在凯旋战车之后的俘虏。我只是明白了，人类对自然的征服实际上已是征服的最后一幕，剧终也许为时不远了。虽然任何技术都脱离不开熵定律的最终约束，因为我们不能发明出创造新物质和能量的技术,也不可能创造出消灭物质和能量的技术。所以我们即不能期望技术可以给人类带来永不枯竭的有效物质和能量，也不能期望技术可以永无止境和彻底地消除人类活动生产的垃圾。但是，学科的发展和技术的进步可以在以下方面改善人类生存状态及其与自然的关系:第一，它可以提高物质和能量的转化效率，从而降低有效物质和能量向熵转换的速率.第二,它可以延长物质和能量转换形式的链条，提高物质和能量的再利用率，

23、从而降低有效物质和能量向熵转换的速率。第三,它可以提高物质和能量的相对于人类而言的可获得性，从而扩大人类生存的现实物质基础。第四，技术可以控制和改变人类的生物行为和生物特性，从而可以降低人类对有效物质和能量的相对需求,延缓地球自然系统达到平衡时间的到来。第五，人类对技术寄予莫大期望的是，把地球变成一个开放的系统。（空间技术）或者，寻找新的适合人类生存的生态系统。5物质世界与精神世界经济过程具有多重性质。当我们把其看作自然过程的时候，经济过程是人类对自然资源的加工和配置过程。当我们把其视为社会过程的时候，经济过程就变成人类社会成员之间的利益交换过程。前者是物质的，而后者是精神的。换言之，经济领域

24、并不是物质主宰的世界，精神才是这个世界的真正主宰.正因如此,人类患上了一种“拜物精神分裂症”，而人类悲剧性问题恰恰由此产生。一方面，经济的物质过程受到热力学第二定律的专制统治；另一方面，经济的精神过程受到人类无边无涯的欲望的驱使.当“剩余时代”来临以后，人们追求的不再是生物学需要,而是精神需要。因此，人们的需求也不再是绝对需求，而是相对需求。建立在相对需求上的经济离自然也就更远，人类的社会需求也就更无止境.其结果是,广袤的地球被越来越多的人口、越来越多的物质财富、越来越多的熵挤压成了一个小村庄。人口增长人均需求增长人类总需求0Limitor?图3迄今为止人类需求的增长由于经济是人们实现自己愿望

25、或获得期望效用的工具，因此，人们的心理需求或者说欲望是驱动经济增长的原始动力。在这个精神世界里,热力学定律遇到了真正的挑战，因为它不能支配纵向的精神世界。物质世界的定律与人类精神世界的法则在经济领域里就这样冲撞起来。自凯恩斯以后，西方的主流经济学家们就把锁住“失业魔鬼当作第一要务，把需求的增长当作经济增长的福音。人力资本理论则使经济增长源泉非物质化。但是，人类作为自然界的一种生物,无论其在精神王国里怎样自由，在物质世界里却只能接受自然规律的专制。人们在可持续发展研究中达成的一个共识是：如何不破坏或保护自然系统这一人类生存的最终基础。当是，当我们意识到这一点时，世界上已经有了61亿（2000年）

26、人口，西方发达国家的物质文明也正在全球化的幌子下席卷全球。在如此之大的动能下，我们还及时能刹住人类的“欲望之车吗？更何况，引擎的制动杆是操纵在千千万万的人手中。四、结语：对可持续发展的再认识熵定律将物质世界加著于人类身上的极限和终极结果无情地告诉了我们。那么，人类的前景是否注定悲观呢？可持续发展是人类对熵定律的理性反应。但可持续发展能否成为挽救人类的诺亚方舟？虽然关于可持续发展含义的理解可谓仁者见仁智者见智，但他们都有一个隐含的前提,即发展是既定的，关键是如何实现可持续的发展。但问题的逻辑是：发展是目标，而可持续只是一种方式.因此,在关于可持续发展研究中出现了这样一个奇怪的现象，即我们找到了一

27、个工具，却仍在迷失使用这个工具的目的.当我们依据于对发展的传统理解而确定发展目标时，即使采取了可持续的方式和途径,人类当真就能够永世永存吗？现在我们又回到了问题的起点:什么是发展？是物质财富的积累,是精神世界的丰富，是社会的公平,还是人类能力的提高？从历史角度看，人类追求的是发展的最终结果，还是发展的过程？与此相关的另一个问题就是:发展（增长）有没有极限？许多学者认为增长是发展的重要物质基础，那么，如果增长有极限的化,发展就没有极限了吗？应该说，物质或具有外在形式的东西的增长是有极限的，因为，我们无论如何也逃脱不了热力学定律的约束.而非物质形态的东西，如人类的精神世界，主观能力的发展是没有极限

28、的.在这个意义上讲，发展的本意应该是人类社会非物质形态财富（科学技术、人力资本、社会资本等）的创新与积累。也只有从这个发展的内涵出发,人类才能真正走上可持续发展之路。可持续发展理论的核心仍是人类的发展，但可持续发展理论框架下的发展含义与传统发展理论框架下发展含义是否并不相同,也许正如特德霍华德和杰里米里夫金在熵：一种新的世界观中所指出的，目前主宰人类世界观的还是机械论，而熵定律则是一种新的世界观。在这种新世界观的框架中，我们应该重新考虑生命和生活的意义:人类尽全部努力而为之奋斗的究竟是生命的过程还是生命的结果?因此，当我们提倡可持续发展的时候，首先需要明确的并不是如何发展，而是何为发展、为何发

29、展.实际上,人类可持续发展的物质基础是地球自然资源和生态环境的可持续性。发展的本意应该是精神的而非物质的。物质世界并没有发展而言，虽然生物世界发生的演化。物质世界和生物世界构成了人类世界发展的自然基础。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的可持续性前提下，使人类步入精神世界的自由王国。主要参考文献1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。2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。3罗杰珀曼等著自然资源与环境经济学(第二版,中译本)，中国经济出版社,2002年.