智慧宫026·增长：从细菌到帝国

作者简介

瓦茨拉夫？斯米尔（Vaclav Smil），加拿大曼尼托巴大学杰出荣休教授，在经济、历史、能源、宏观政策等多个领域均有建树。他的主要作品有《能量与文明》（Energy and Civilization: A History）、《世界是如何运转的》（How the World Really Works）、《巨变》（Grand Transitions: How the Modern World Was Made）等。2010年，斯米尔入选《外交政策》（Foreign Policy）杂志评选的“全球百位思想者”。2013年，比尔？盖茨在他的网站“盖茨笔记”（Gates Notes）上写下了如下文字：“没有哪个作者的书能像斯米尔的新书那样让我满心期待。”

内容简介

正文赏读 在我们的生活中，增长的现象无处不在，变化万端：它是进化历程的一种标志，意味着我们成年时的身体尺寸和能力的增加；它还标志着为了获得更高的生活质量，我们利用地球资源的能力和组织社会的能力都会提高。在我们这个物种的整个演变过程和短暂的文字记载历史中，无论是对于个人的奋斗还是对于集体的奋斗，增长都是一个不言而喻的、清晰的目标。小到微生物，大到星系，万事万物都受到增长的支配。增长也决定了海洋地壳的延伸范围、所有旨在改善生活的人造物的效用，以及各种异常发育的细胞对我们的身体造成损害的程度。增长既塑造了我们体积超常的大脑的能力，也决定了各种经济体的财富总量。正由于增长现象无处不在，因此关于它的研究范围从观察亚细胞和细胞的生长（以揭示其代谢和调控的条件及过程）延展到追踪复杂系统的长期变化，包括各种地质剧变、国家和全球人口、城市、经济体以及帝国。 地球化（terraforming，形成海洋和大陆板块、火山和山脉，以及塑造河谷、平原和海岸线的地质构造力）起作用的过程十分缓慢。它的原动力，即大洋底部山脊中的新生板块的形成，大多以每年55毫米的速度推进，但其中异常快速的海底创造过程也可能达到每年约20厘米（Schwartz et al. 2005）。至于大陆板块的年增量，根据雷梅尔和舒伯特的计算（Reymer and Schubert 1984），1.65立方千米的增长率减去0.59立方千米的下降率（一些旧地壳会重新回到地幔中），净增长率为每年1.06立方千米。 考虑到全球大陆板块的面积接近1.5亿平方千米，且大部分厚度达到35—40千米，这个年增长量是微不足道的，但这种增长在整个显生宙（即过去的5.7亿年）一直在发生。还有一个垂直方向地质构造的例子，其速度同样缓慢：喜马拉雅山是地球上最壮观的山脉，其抬升速度约为每年10毫米（Burchfiel and Wang 2008；图0.1）。这种地质构造的增长过程从根本上限制了地球的气候（因为它会影响全球大气环流和气压单元的分布）和生态系统的生产率（因为它会影响温度和降水），并因此限制了人类居住和经济活动的范围。然而，我们既不能控制它的发生时间、发生位置和发生速度，也无法直接利用它来牟取利益，因此本书不会对其进行更多讨论。 图0.1 缓慢而持续的地质构造过程。喜马拉雅山脉的形成过程始于5,000多万年前印度洋板块和欧亚板块的碰撞，这个延续至今的过程使它的高度以每年1厘米的速度持续增长。照片拍摄于2004年1月的国际空间站（在青藏高原上空向南看）。来自https://www.nasa.gov/multimedia/imagegallery/image_feature_152.html 有机体的生长是生命的典型表现，它包括将各种元素和化合物转化为新的生命物质（生物质）的时间演化过程。人类的进化在生存层面依赖这种自然增长，最初只是觅食和狩猎，后来是获取燃料和原材料，最后是栽培粮食作物和饲料植物、大规模开发森林以及捕捞海洋物种。人类对生物圈越来越多的干预引发了生态系统的一系列大规模转变，尤其是将森林和湿地变为农田，将草地广泛地用于放牧（Smil 2013a）。 增长也是人类事务当中进步的标志和希望的体现。技术能力的增长使得人们能够利用各种新能源，提高了粮食供应的水平和可靠性，并创造了各类新材料和新产业。经济增长不仅带来了有形的物质收益，使我们可以积累一些私人财产，丰富我们短暂的生命，也创造了名为成就感和满足感的无形价值。但增长也带来了焦虑、担忧和恐惧。人们（无论是孩子们在门框上标记自己不断增长的身高，还是无数首席经济学家对产出和贸易业绩做出种种可疑的预测，抑或是放射科医生查看磁共振图像）正以无数种不同的方式为它担忧。 增长经常会被认为太慢或太过度；它会引发人们对适应性极限的担忧，或对个人后果和重大社会混乱的恐慌。为了应对此类情况，人们会努力地管理那些可控的增长过程，改变增长的节奏（加速、减缓或中止），同时梦想着、尝试着将这类控制能力扩展到其他领域。虽然偶有成功（有些看似永久的掌控最终可能只是暂时的成功），但此类尝试大多会以失败告终，不过人们永远不会停止：在尺度规模的两个极端方向，我们都能看到这些尝试，比如科学家们正试图通过扩展遗传密码或在新生命体中加入合成脱氧核糖核酸的方式创造新的生命形式（Malyshev et al. 2014），也有人提议通过一系列地球工程干预来控制全球气候（Keith 2013）。 有机体的增长是长期进化过程的产物，现代科学已经开始理解其先决条件、发生途径和最终结果，并识别其发展轨迹，这些轨迹或多或少可以套用一些特定函数来描述，其中绝大多数都符合S型（sigmoid）曲线。对于自然增长过程，寻找共同特征并对其进行有用的概括是一项很有挑战性的工作，但对其进行量化却相对简单。通过追踪容量、性能、效率或复杂性的提升，我们也能衡量许多人造物（工具、机器、生产系统）的增长过程。在所有这些情况下，我们都只是在处理一些基本的物理单位（长度、质量、时间、电流、温度、物质的量、发光强度）及众多的衍生单位（包括体积、速度、能量和功率）。 对有关人类的判断和预期以及人与人之间和平或暴力互动的增长现象加以衡量则更具挑战性。有些复杂的总体过程—如果不首先武断地划定调查范围或引入一些或多或少有疑点的概念—是无法被衡量的：依靠国内生产总值或国民收入等变量来衡量经济体的增长，就是这类难题和不确定性的完美范例。不过，即使许多所谓的社会性增长属性很容易得到衡量（例如每个家庭的平均居住空间和家用电器的保有量，或战备导弹的破坏力和帝国控制的领土总面积），它们的真实发展过程仍然存在各种不同的解释，因为这些量化方法掩盖了一些显著的定性差异。 物质财富的积累是一种特别引人注目的增长现象，因为它源于对提高生活质量的可敬追求、广泛的社会背景中的一种可以理解但不太理性的自我定位，以及一种相当返祖化的占有或囤积冲动。也有少数人对增长和需要漠不关心，比如印度的那些仅仅穿戴缠腰布甚至完全赤裸的苦行僧和那些崇尚朴素的教派的僧侣。在另一个极端，患有强迫症的收集癖（无论他们的品味多么高雅）和囤积癖患者则将他们的住所变成了垃圾场。但在这两者之间，任何生活水平不断提高的人群都不会有那么多的常见瘾癖，因为大多数人希望看到更多形式的增长，无论是在物质层面，还是在非物质层面（比如那些难以捉摸的生活满意度，或因为积累财富和非凡独特的经历而产生的个人幸福感）。 这些追求的速度和规模清楚地表明，这种普遍的体验是多么现代，对增长的日益关注是多么合理。在一个人的一生中，某些事物的平均规格翻倍已成为一种常见的经历：美国房屋的平均面积自1950年以来增长了1.5倍（USBC 1975; USCB 2013）；英国红酒杯的容量自1970年以来翻了一番（Zupan et al. 2017）；从二战后的一些重量不到600千克的车型（雪铁龙2CV、菲亚特“米老鼠”）算起，欧洲汽车的典型质量增加了一倍以上，到2002年达到了约1,200千克（Smil 2014b）。许多人造物和人工成就在同一时期出现了更大的增长：电视屏幕的面积增长了约15倍，画面对角线长度从二战后的30厘米增长到2015年美国平均尺寸的120厘米，同时对角线长度超过150厘米的电视的销售份额越来越大。如此令人印象深刻的增长与最富有者个人财富的激增相比，仍然相形见绌：2017年，全球有2,043位亿万富翁（Forbes 2017）。其中一些现象产生的相对差异并非毫无前例可循，但现代增长带来的绝对差异值（结合其频率和速度）则是一种全新的景象。 增长率 当然，个人和社会总是被无数的自然增长的表现所包围，那种对物质财富和领土扩张的动着社会从部落变为帝国、从在亚马孙丛林里袭击邻近村庄到欧亚大陆上集权统治力量对大部分地区的征服。但在古代、中世纪和近代早期（通常以1500—1800年的3个世纪来界定）的大部分时间内，世界各地的大多数人都作为自给自足的农民生存，他们的收成产生了有限且不稳定的剩余财富，仅供（大多数是小型）城市里相对少数的富裕居民（熟练工匠和商人的家庭）以及世俗和宗教统治精英享用。 在那些更简单的前现代和近代早期社会，每年的农作物收成几乎没有任何显著增长的迹象。同样，前现代生活的几乎所有基本变量——无论是人口总数、城镇规模、寿命还是识字率、畜群、家庭财产和常用机器的性能——都以这样缓慢的速度增长，以至于它们的进步只有在很长一段时间内才能显现出来。在一般情况下，它们要么完全停滞不前，要么围绕着令人沮丧的平均值无规律地波动，或不断地经历长期倒退。对于其中的许多现象，有一些遗存文物和幸存描述作为证据，使我们可以通过跨越几个世纪的零碎记录重建其发展轨迹。 例如，在古埃及，1公顷农田可养活的人口数量增加1倍花了将近2,500年（从大金字塔时代到后罗马时代）（Butzer 1976）。作物产量停滞不前是明显的原因，甚至一直持续到中世纪末期：从14世纪开始，英国小麦的平均单产花了400多年才增加了1倍，而且在最初的200年中几乎没有任何增长（Stanhill 1976; Clark 1991）。同样地，许多技术性收益的增长非常缓慢。水车是前工业时期最强大的无生命原动机，但大约经历了17个世纪（从公元时代的第2个世纪到18世纪后期），其典型功率才提高9倍，即从2千瓦增长到20千瓦（Smil 2017a）。作物产量的停滞（或充其量微弱增长）、制造业的缓慢发展以及运输能力的缓慢提高限制了城市的发展：从1300年开始，巴黎的人口用了3个多世纪才翻了一番，达到40万——但在19世纪后期，这座城市的人口在短短30年内（1856—1886年）就翻了一番，达到230万（Atlas Historique de Paris 2016）。 几千年来，许多现实情况都维持不变：骑马的信使（铁路问世之前陆地上最快的长途通信方式）每天行进的最大距离在古波斯居鲁士时期就被优化到极限，他在公元前550年将苏萨地区和萨迪斯地区联系了起来；而在接下来的2,400年中，这一数值基本保持不变（Minetti 2003）。接力骑行的平均速度（13—16千米每小时）和单一坐骑的骑行速度（不超过18—25千米每天）几乎维持恒定。其他许多事物也属于这个停滞不前的类别，从贫困家庭拥有的家庭用品量到农村人口的普遍识字率。同样地，这两个变量直到近代早期的后半段才开始发生重大变化。一旦如此多的技术和社会变革（铁路网的发展、蒸汽船旅行的流行、钢铁产量的增加、内燃机和电力的发明与部署、快速的城市化、卫生条件的改善、预期寿命的提高）开始以前所未有的速度发生在19世纪，人们便对进一步持续增长产生了巨大期望（Smil 2005）。这些希望并没有落空（尽管两次世界大战、其他冲突和周期性经济衰退带来了挫折），因为无论是单个机器、复杂的工业流程还是整个经济体的能力，都在20世纪持续增长。这种增长转化成了更好的身体素质（更高的身高、更长的预期寿命）、更高的物质安全度和舒适度（通过可支配收入或劳动力辅助设备的拥有量来衡量），以及前所未有的沟通和流动性（Smil 2006b）。 近几十年来，没有什么比硅晶片上集成的晶体管和其他组件的数量的增长更能体现这一现实和希望的了。众所周知，这种增长符合摩尔定律，它使硅晶片上的组件数量大约每2年翻一番：因此，2018年制造的最强大的微芯片包含了超过230亿个组件，比1971年设计的第一款同类产品（英特尔4004，一种具有2,300个组件的4位处理单元）高出7个数量级（更准确地说，约1,020万倍）（Moore 1965、1975; Intel 2018; Graphcore 2018）。与所有指数增长的情况一样（见第1章），当我们将这类增长绘制在线性图上时，它们会呈现为一条急速上升的曲线，而在半对数图上，它们会被转换成一条直线（图0.2）。 这种进展使人们对未来更大的进步产生了无限的期望。最近，各种电子设备（及其使用的应用程序）的快速普及尤其使那些缺乏批判精神的评论家着迷，他们只注意到无处不在的加速增长现象。在此，我仅举最近的一个令人印象深刻的案例。一份由牛津大学马丁学院撰写、花旗银行发布的报告称，要达到5,000万用户，不同的设备或应用所花的时间如下：电话花了75年，广播花了38年，电视花了13年，互联网花了4年，手机游戏《愤怒的小鸟》花了35天（Frey and Osborne 2015）。这些说法来自花旗数字战略团队——但该团队并没有做好功课，他们忽视了常识。 这些数字指的是全球的情况还是美国国内的情况？报告没有说，但对于电话来说，5,000万的总数显然是指美国1953年（1878年+75年）的电话机数量。但电话机的数量不等于其用户总数。考虑到家庭的平均规模和工作场所电话的普遍性，电话用户的数量肯定要比这个数字高得多。对电视广播而言，起始点不止一个，而是好几个：在美国，电视信号的传输和第一批电视机的销售始于1928年，到13年后，即1941年，电视机的保有量仍然很低，电视机的总数（指的同样是设备，而不是用户）要到1963年才达到5,000万。同样的错误也出现在了关于互联网的结论中，数百万用户在自己家中上网之前，已经在大学、中小学校和工作场所访问或使用网络多年了。此外，互联网的“第1年”是哪一年？ 图0.2 现代增长的典型标志：摩尔定律，1971—2018年。半对数图显示，每个微芯片上的元器件数量稳定地指数增长，个数从10^3增长到10^10。图表根据斯米尔的著作（Smil 2017a）和国际商业机器公司的资料（IBM 2018b）绘制而成 所有的结论都只基于一些草率的数据收集，无知却又急于给人留下印象。但更重要的一点是，将基于新的和广泛的基础设施的复杂系统与有趣的软件进行比较，是一种不可辩驳的分类错误。19世纪后期的电话是一种开创性系统，实现了个人与个人之间的直接远程通信。要实现电话通信，需要社会的第一次大规模电气化（从燃料中提取热量到发电再到输电。即使在20世纪20年代，美国农村的大部分地区也没有良好的电网）、广泛的有线基础设施，以及销售（最初是独立的）话筒和扬声器。 相比之下，《愤怒的小鸟》或任何其他愚蠢的应用程序可以实现病毒式传播，是因为人们已经花费了一个多世纪的时间来建立一个组成物理系统的连接单元：它的发展始于19世纪80年代的发电和输电，在2000年后随着人们设计和制造的数十亿部手机以及安装的密集蜂窝基站网络而达到顶峰。同时，操作可靠性的提高使这样的快速普及式壮举变得无足轻重。我可以提供任意数量的类比来说明这种比较谬误。例如，把电话换成微波炉，把应用程序换成微波炉量产爆米花：显然，后者最受欢迎的品牌的普及速度将会快于前者。事实上，在美国，1967年推出的台面式微波炉的家庭普及率经过大约30年才达到90%。 事实证明，信息的增长同样令人着迷。它的快速增长并非什么新鲜事。活字印刷术的发明（1450年）开启了图书出版的指数增长，从16世纪的每年约20万种增加到18世纪的每年约100万种，而最近全球范围内每年出版的图书（主要由中国、美国和英国贡献）已超过200万种（UNESCO 2018）。再比如图片信息，其增长首先是通过平版印刷，然后通过凹版印刷，现在则由移动设备上的电子显示器主导。声音录制品始于爱迪生在1878年制造的脆弱的留声机（Smil 2018a；图0.3），而如今数十亿手机用户有大量选择可以轻松访问。但是，所有这些类别的信息流都比不上由间谍卫星、气象卫星和地球观测卫星组成的卫星舰队不间断收集的图像数据。不出意料的是，信息的总体增长轨迹与1960年之前的全球人口增长双曲线轨迹类似。 瓦茨拉夫·斯米尔的《增长》揭示了世间万物增长的冲动，从极小的微生物到人类，从技术进步到经济发展，增长都是硬道理。人类在与世间万物和谐共处的过程中，在不断进化发展的过程中，通过掌握算力和能量，不仅变得越来越聪明，而且越来越强大，不断突破增长的极限。现在，人类到了应该反思的时候了：所有增长是不是应该有一条红线？只有追求可持续增长的自我约束，人类才能与自然和谐共生。 ——李俊峰，国家应对气候变化战略研究和国际合作中心原主任 无论是200多年前马尔萨斯的《人口原理》，还是50多年前罗马俱乐部的《增长的极限》，都是增长焦虑的产物：慢增长，就恐慌。实际上，承认增长有限度，不啻为一次思想大解放。我们不妨试着从一味追求快增长的执念中走出来，由观念变革开始，推动制度激励与行为模式的渐进式转变，从而为“高质量发展”奠定思想和行动的基础。 ——陶然，香港中文大学（深圳）人文社科学院教授 自然界和社会中的变化形式主要表现为增长……但增长也不是完全独立的，自然界的增长可能影响人类社会，反过来也是如此。另外，并非所有的增长都是好事，我们需要对增长的过程和形式有全面系统的认识。正是从这个意义上讲，理解增长，方能更好地理解自然和社会，本书恰恰是在进行这样的尝试。 ——王智勇，中国社会科学院人口经济研究室主任