城读 | 瓦茨拉夫·斯米尔用数字解释现代世界的运作

Original Vaclav Smil 城读 2022-07-13

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瓦茨拉夫·斯米尔用数字解释现代世界的运作

大多数人对于现代世界如何运作极为无知。

Vaclav Smil. 2022. How the World Really Works: A Scientist’s Guide to Our Past, Present and Future. Viking.

来源：

https://www.penguin.co.uk/books/319/319141/how-the-world-really-works/9780241454398.html

捷克裔加拿大学者瓦茨拉夫·斯米尔又出新书了——《现代世界究竟是如何运作的：一位科学家对于过去、现在和未来的指南》，这是他的第49本书。斯米尔是加拿大曼尼托巴大学杰出的荣休教授，他在能源、环境和人口变化、食物生产、技术创新史、风险评估和公共政策等领域进行跨学科研究。

在斯米尔出版的40多本书籍中，将近一半涉及能源的各方各面，包括一般能量学、特定能源类型（石油、天然气、生物质）的历史以及能源的特定属性和过程（功率密度、能源转换）。

其他书籍则体现出强烈的跨学科特征：增长与风险、全球环境（生物圈、生物地球化学循环、全球生态学、光合生产力和收获）、食品与农业、材料（特别是钢铁与肥料）、技术进步、制造业的进步和衰落，古罗马和现代美国历史以及日本食品。

斯米尔擅长将复杂现实严谨地概括为数据，并转化为易于理解、甚至令人震惊的信息。例如，在2011年的一篇论文中，他计算出地球上人类的干质量已经增长到超过野生陆地哺乳动物至少10倍的程度。

再如，他曾经在《制造现代世界：物质与去物质化》(Make the world modern: materials and dematerialization)一书中估算中国在2011-2013年三年内消耗的水泥数量超过美国在整个20世纪消耗的水泥量。

在本书中，斯米尔更新数据，中国在2018年和2019年两年间生产了44亿吨水泥，几乎相当于美国在整个20世纪生产的45.6亿吨。难怪中国拥有世界上最大的高速公路网络、高铁网络和机场系统，以及数量最多的巨型水电站和最多人口超过百万的城市。

加拿大拥有比任何发达国家都要多的森林面积，却为了省钱而从中国进口牙签。没有一个国家拥有足够的稀土来支持其经济。世界上有三分之一的食物被丢弃。今天人类平均每年享受34千兆焦耳的能源。以人类劳动为单位表示，这相当于“60个成年人日夜不停地工作”。发达国家居民能源消耗更多。美国一个四口之家拥有的雇工（消耗的能源）比凡尔赛宫的太阳王还多。

《现代世界究竟是如何运作的：一位科学家对于过去、现在和未来的指南》浓缩了斯米尔一生研究成果，面向普通读者所写，是斯米尔一生致力于理解生物圈、历史与人类创造的世界的基本现实的无尽求索。照例，这本书充满数字，因为仅仅通过定性的描述，你无法充分理解现代世界的复杂现实。

在我们的指尖之下，划过如此海量的信息，但我们大多数人却不知道这个世界究竟是如何运作的。

为什么现代城市人对于世界的运作如此无知呢？

如今，人类作为一个整体，对于物理世界和所有生命形式的理解具有前所未有的进步与扩展。人类知识既涵盖宇宙（星系、恒星）和行星（大气层、水圈、生物圈）宏大尺度的复杂系统，也包括原子和基因层面的微观过程：刻在最强大的微处理器表面的线条仅为人类DNA直径的两倍左右。并且，人类将这些知识转化为一系列不断扩大的机器、设备、程序、协议和干预措施，用于维持现代文明。人类总体知识之庞大以及应用知识服务于人类的方式之繁多，远远超出个体头脑的理解。

但是，大多数人对于现代世界的基本运作方式极为无知。你知道小麦是如何种植的吗？钢铁是如何炼成的吗？你知道全球化既非新鲜事，也非不可避免吗？提出这些问题，与询问某人飞秒化学（研究时间尺度为10-15秒的化学反应）或聚合酶链反应（DNA的快速复制）的问题是不一样的。

城市化和机械化是造成这种无知的两个重要原因。自2007年以来，超过一半的人类居住在城市（在发达国家超过80%），并且，与19世纪和20世纪初的工业城市不同，现代城市就业主要集中于服务业。因此，大多数现代城市人不仅与生产食物脱节，也与制造机器和设备生产脱节，生产制造活动的日益机械化意味着只有极低比例的全球人口在从事运输文明的能源和构成现代世界的材料的生产工作。

今天美国只有大约300万人（农场主和雇工）直接从事粮食生产，即耕地、播种、施肥、铲除杂草、收获作物（采摘水果和蔬菜是食物生产整个过程中劳动密集度最高的部分）和饲养动物。这还不到美国全国人口的1%，因此，难怪大多数美国人对吃到嘴里的面包或肉是如何生产出来的一无所知，顶多只有些模糊的认识。

联合收割机收割小麦，但它们也收割大豆或扁豆吗？一头猪仔要经过多长时间才能变成一块猪排：几周还是几年？绝大多数美国人完全一头雾水。但是，无知的绝不只有美国人。中国是世界上最大的钢铁生产国，每年熔化、铸造和轧制近10亿吨钢铁，而所有钢铁是由中国14亿人口中不到0.25%的人制造出来。只有极少数的中国人曾站在高炉附近，看到连铸机上热气腾腾、移动的钢铁红带。这种脱节的情况在全世界比比皆是。

造成我们对于食物生产、燃料和耐用材料生产基本过程无知的第三个原因是，与信息、数据和图像的世界相比，它们被视为老式的，甚至是过时的，平淡乏味的。

但是我们将继续依赖粮食作物为生，这些粮食作物主要在大片农田的土壤中生长，而不是在所谓的城市农业的支持者所想象的摩天大楼中生长；我们没有人可以生活在一个非物质化的世界中，不使用诸如蒸发的水气或植物授粉等不可替代的自然过程。但是，为人类提供这些生存必需品的挑战日益巨大，因为大部分人类生活在富裕的少数人在几代之前留下的环境中，而对能源和材料不断增长的需求已经给生物圈带来了巨大而迅猛的压力，人类已经危及到生物圈将其流量和储存保持在与其长期生存相适应的范围内的能力。

举个关键的例子，2020年，世界上约40%的人口（即31亿人，包括几乎所有撒哈拉以南非洲的人口）的年均人均能源供应量甚至不及1860年德国和法国的年均人均能源供应水平！为了达到有尊严生活水平的最低门槛，这31亿人至少需要将他们的人均能源使用量增加一倍，最好是三倍，如此方能增加电力供应，提高粮食产量，并建立基本的城市、工业和交通基础设施。这一能源需求将不可避免地使生物圈进一步退化。

我们要如何应对正在发生的气候变化？现有的广泛共识是我们需要采取行动来防止可怕的后果，但是什么样的行动，什么样的行为转变才会最有效？对于那些无视世界的能量和物质需求的人，那些喜欢绿色解决方案的口号而不了解我们如何走到今天这一步的人来说，办法很简单：去碳化，从燃烧化石燃料转换为取之不尽的可再生能源。

但真正的难题在于：人类社会是一个化石燃料驱动的文明，其技术与科学进步、生活质量与繁荣依赖于燃烧大量化石燃料，我们无法在几十年内，更不用说几年之内，就能摆脱这个决定人类文明命运的关键因素。

本书试图减少现代人的无知，解释支配人类社会生存与繁荣的最根本的现实。我既不是一个悲观主义者，也不是一个乐观主义者；我是一个试图解释世界如何真正运作的科学家，以使我们能更好地认识到未来的限制和机会。

本书章节内容简介

第一章《理解能源：燃料与电力》分析高度能源依赖的社会如何持续加重对于化石燃料的依赖，特别是对电力这种最为灵活的能源形式的依赖。理解这一现实有助于纠正普遍存在的错误见解，即我们可以在短时间内使全球能源供应脱碳，并且只需二三十年就可以实现完全依靠可再生能源的转换。尽管各国和众多公司都在发誓放弃化石能源并在2050年达到净零排放，但除了发电，其他进展一直缓慢得令人痛心。

第二章《理解食物生产：消耗化石燃料》分析最基本的生存需要：食物生产。本章重点解释我们赖以生存的大部分食物生产，从小麦到西红柿到虾，都有一个共同点：它需要大量的、直接或间接的化石燃料投入。理解食物生产对于化石燃料的依赖，有助于理解我们持续依赖化石碳的现实：通过风力涡轮机或太阳能电池而不是通过烧煤或天然气来发电相对容易，但如果没有液体化石燃料，要运行所有的田间机械，可就困难多了；没有天然气和石油，要生产所有的肥料和其他农业化学品，那就困难得多。简而言之，至少在未来几十年，如果不使用化石燃料作为能源和原材料的来源，就不可能养活地球所有人口。仅靠辛苦回收有机粪便和轮作来支持全球作物的种植，养活全球植物性饮食为主的30亿人口尚为可行，但养活荤素混合饮食的近80亿人口则不可行。

食物不仅部分由石油制成，也部分由煤炭制成的，煤被用来生产冶炼耕地、运输和食品加工机器所需的铁的焦炭。天然气是合成氮肥的原料和燃料；以及由燃烧化石燃料产生的电力，这是农作物加工、饲养动物以及食品和饲料准备和储存所不可或缺的。

当我们吃食物的时候，本质上是在食用化石燃料。大多数农作物都依赖由氨制成的氮肥，而氨是由氢气制成的，氢气则通过哈伯-博施工艺从天然气中分离出来。但是，还有用于运行设备、运输、冷却和包装食物的燃料。

斯米尔算出，生产每公斤鸡肉总共需要350毫升的柴油燃料，每公斤西红柿需要500毫升柴油，一块不起眼的酸面包也需要差不多的柴油。有多少享受沙拉的素食主义者，知道沙拉所包含的大量化石燃料？

第三章《理解我们的物质世界：现代文明的四大支柱》解释人类社会如何以及为何是由人类智慧所创造的材料来维持的，重点讨论斯米尔所说现代文明的四大支柱：氨、钢、混凝土和塑料。理解人类社会的物质基础，揭露最近流行的关于由服务和微型电子设备主导的现代经济的非物质化的说法所具有的误导性。

许多成品单位的材料需求相对下降，是现代工业发展的典型趋势之一。但从绝对值来看，即使在世界最发达国家，物质需求也一直在上升，而在低收入国家，物质需求仍然远远低于饱和水平，在那里，拥有建设良好的公寓、厨房用具和空调（更不用说汽车了）对数十亿人来说仍然只是一个梦想。

第四章《理解全球化：引擎、芯片以及其他》聚焦全球化，世界如何通过交通和通讯相互连接。全球化进程的起源非常古老，而最高程度的全球化现象则非常晚近。全球化这一备受争议（赞扬、质疑和批评）现象的未来走向并非不可避免。

第五章《理解风险：从病毒到饮食再到太阳耀斑》为判断我们所面临的风险提供了一个现实框架：现代社会已经成功地消除或减少了许多曾经致命或致残的风险，例如小儿麻痹症和分娩，但许多危险将永远伴随我们，人类社会屡屡未能进行恰当的风险评估，要么低估，要么夸大了面临的危险。读完这一章后，读者将对许多常见的非自愿暴露和自愿活动的相对风险有一个很好的认识。

第六章《理解环境：我们只有一个生物圈》首先探讨正在发生的环境变化将如何影响三种生存必需品：氧气、水和食物。随后讨论全球变暖，对于这一问题有两种极端认识，一种是类似于世界末日的灾难论，另一种则完全否认全球变暖。本书强调，与普遍的看法相反，我们不是最近才发现全球变暖：我们理解这一过程的基本原理已经有150多年了。

最后一章《理解未来：在世界末日与奇点之间》着眼于未来，特别是最近两种对立的倾向，即接受灾难论（认为现代文明在最后帷幕降临之前只剩下几年时间）和技术乐观主义（那些预测发明的力量将超越地球的范围，打开无限视野，所有领土之争将变得无足轻重）。关于未来，我没有预见到任何即将与历史决裂的方向；也没有看到任何已经预先确定的结果，而是取决于人类选择的复杂轨迹。

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