五千年(敝帚自珍)

主题:熵的世界观之一—物理学部分 -- 钛豌豆

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家园 两种称呼的侧重点不同而已

能量和钞票有个相似点:都会贬值。贬值的钞票不能购买同样多的商品,而贬值的能量不能作同样多的有用功。这是在研究热机的理论效率时发现的。同样结构的热机,在使用不同的热源时,理论上的最高效率就不一样。一些热源的能量“贬值”了,不能作出与未贬值的热源的能量一样多的有用功。熵的概念最早就是为了解决这个问题而提出的。它可以看成是能量贬值的程度,熵值越高,同样多的能量能作出的有用功越少。

用钞票来比喻,能源一词强调的是面额,而负熵源强调的是同样面额的钞票具备的实际购买力。

至于一种能源取代另一种能源,那可不是完全看效率的。效率是有用功/总功。美国农民使用2,790卡能量(包括农机使用,化肥和杀虫剂)才能生产一个270卡的玉米罐头,论效率根本比不了使用牛耕的中国农民。矿物燃料获得优势是因为它功率(有用功/时间)更大,不是因为效率更高。

说句题外话,奥巴马要推行新能源,农业这关不好过。大概很少有人意识到,农业是美国全国耗油量最大的部门。【1995年前后,从实物量上看,农用钢和钢材为700万吨,农用橡胶为19万吨,消耗的电力为400亿度,化肥消耗量为2000万吨,消耗的石油为 8000万吨。】因此,若是农业不使用新能源,推广新能源将无实际意义可言。

但在农业中使用新能源又谈何容易。从全局看,这几乎是铁定赔本的买卖。这要从传统农业和石油农业的区别说起。传统农业是从环境中聚集能量的过程。作物收获时含有的能量,要大于播种时含有的能量与生长过程中消耗的能量之和。这样,整个生产过程才是可持续的。

而石油农业恰好相反,它是一个能量耗散到环境中的过程。想想看,难道作物中的能量比得了在生产过程中消耗的石油吗?若是把包含在农用燃料和化肥中的能以及制造农业机械时耗用的能也算进来的话,至少要比生产出来的作物的能多出五倍。2,790卡能量才能生产一个270卡的玉米罐头啊。如果我们不是按照传统和经济学来划分,而是按照更本质的东西—能量转换来划分,那么石油农业应该被分到工业部门而不是农业部门。从物理学的角度看,在工厂里消耗石油生产工业品和在农场里消耗石油生产农产品没有本质区别。想象一下这样的情景:一个农场首先要划出一块地去收集冶炼钢铁需要的能量;其次要划出一块地去收集把这钢铁变成农机需要的能量;再次要划出一块地去收集驱动农机需要的能量;如果在生产过程中使用了电脑的话,还要再划出一块地去收集从石英石中提炼硅的能量,再再划出一块地去收集制造芯片的能量。。。其实也不会太多,只要拿出土地总面积的10%安装太阳能收集器就差不多了——考虑到为了维护这些太阳能收集器还必需上百万工人的话,这倒不失为促进就业的好方法。

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