大自然的節能之謎

丁天然

隨著世界人口的增長和經濟的迅猛發展，人類面臨著日趨嚴重的能源危機。據有關專家估計：按目前的耗能速度，再過七八十年，世界能源將完全枯竭。因此，提高每個地球居民的節能意識并付諸實施，已成為當今世界迫在眉睫的頭等大事。相反，大自然在節能工作中卻已先聲奪人，為我們樹立了榜樣，只是無數令人稱奇的節能趣事鮮為人知罷了。

取一大塊金屬，在它的兩端固定兩個電極并與電源相接。金屬中流過的電流因遵守焦要定律而產生熱量。假設電流在這塊金屬中可能有各種不同的分布，而每種分布又將產生大小不同的熱量，這時，電流就一定會采取一種使熱量的產生率為最小的分布狀態，以便盡可能多地節約電流的功。事實上，流過金屬體的電流在任何情況下都是沿耗能最少的路線流動的。

光的速度為每秒30萬公里，是大自然中的“賽跑冠軍”。然而，光在傳播中總是爭分奪秒、寸陰是惜，用最短的時間走完要走的路線。在同一種介質中，光線從一點到另一點總是走直線，這是因為兩點之間直線最短的緣故。在兩種不同的介質中，先走的是折線。因為這時走折線比走直線用的時間還要少些。根據廣義相對論原理，在強力場作用下空間會發生彎曲，在這種彎曲的空間中，兩點之間的最短距離是一條曲線。光永遠走最節約時間的路徑，因此在強力場中，光是沿曲線前進的。這一理論早在1919年已首先被英國天文學家利用一次日全食的機會所證實。光為什么盡可能節約時間呢？這是因為光束傳播時間越短，在沿途中被散射的機會就越少，光束的能量損失得就越少。所以，光線也是節約能量的行家里手。

你可能認為太陽是最不知道節約能量的吧！它每秒鐘向宇宙空間輻射86億億億卡的熱量。雖然到達地球的只占太陽總輻射能量的20億分之一，但正是這部分能量驅動著地球上的各種運動，滋養著人間萬物的生長。其實，太陽這樣做自有它的道理。太陽的質量為2×10（32）千克，是太陽系中最大的恒星，它要受到宇宙中眾多星體的引力作用。為防止自身的坍縮，太陽必須用熱輻射的方式去平衡來自各方面的引力。實際上，太陽每秒鐘釋放出的巨大能量剛好與引力作用平衡。為此太陽上進行著極為周密的受控熱核反應，每秒鐘損失400萬噸質量，不多也不少，變成能量后輻射到宇宙中，抵消了引力的影響，也維護了自身的存在。所以說，太陽在維護自身的生存中也是極其注意節能的。

生物科學家們確認，自然界中的所有植物都具有強烈的節約“意識”。雖然植物利用發達的根系能汲取到盡可能多的水分和養料，但卻從不大手大腳，隨意揮霍，各自采用了不同方式的節水節能措施。冬青之類的長青植物在葉子表面有一層油脂，防止了水分的大量蒸發。小麥和很多熱帶植物在白天太陽最熱、蒸發最快的時候，用把葉面上的氣孔關閉的方法減少蒸發，達到節水保水的目的。更有趣的是，很多植物的葉片在枝莖上的分布，鱗片和花序的螺旋結構都遵循一種由中世紀意大利數學家列奧那多·斐波那契發現并研究的數列，即1,1,2,3,5,8,13,21,34,55，……數列。例如向日葵花盤中的小花（或粒數）順時針螺旋數與逆時針螺旋數之比總是13／21或34／55。究其原因，科學家發現，這是一種最節能的排列方式，它能使植物體內養料的輸送、細胞的增生和信息的傳遞均沿一條捷徑，即耗能最少且最有利于植物生長的方式進行。

與植物相比，動物的節能本領更是技高一籌匠心獨運。蜜蜂是最有靈性的昆蟲，它們在一晝夜中能建起幾千間六角形巢房，體積又幾乎都是0.25立方厘米。據科學家分析，這樣的結構不僅可用最少的材料獲取最大容積的空間，而且建筑時間最短，因而耗能最少。采集花蜜是蜜蜂最辛勤的工作，要釀制1公斤蜂蜜，工蜂們必須在200萬朵花上采集原料。為了節約能量、提高工效，蜜蜂依靠靈敏的嗅覺判斷，從來不采集已被采過花蜜的花朵，這能使它比隨意采蜜多收獲24％。由此看來，蜜蜂不僅是優秀的建筑師、釀造師，而且是最善節能的經濟師。

鳥的起飛與飛機一樣，是一種異常劇烈的運動，要消耗很大的體能，因而鳥類極為重視起飛過程中的節能。鳥兒總是逆著風向起飛，使身體與風之間具有最大的相對速度，因而得到了盡可能大的舉力，鳥兒在耗能最少的情況下便可順利升空。即使鳥兒在天空中飛翔，也多半是借助高空氣流的變化，御風而動，循風而翔，省力又節能。至于雁群在長途飛行中常常排成人字或一字形，則更是人所共知的節能之舉。最近科學家發現，候鳥遷徙實質上也是鳥類均衡地利用地球上的熱能資源，有效地節能的一種措施。雖然鳥兒每年的遷徙要花費大量時間，飛越很長的距離，耗費大量的能量，（據計算，候鳥遷徙飛行中每晝夜耗能大約是普通定居條件下的6～8倍。）然而來到氣候溫和的南方過冬比留在寒冷的北方過冬，能節約大量用于調節體溫的能量。因此從整體上說，候鳥遷徙仍是非常劃得來的，是鳥兒在長期進化過程中形成的一種綜合性節能習性。

節能在一些哺乳動物中也相當普遍。例如身長體胖的象海豹是一種行動困難的巨大動物，它們甚至在呼吸時都要耗費很大的能量。為了節能，象海豹常常在每呼吸4分鐘后就屏息25分鐘。一晝夜的實際呼吸只有3.3小時。這是一種獨具特色的節能法—呼吸暫停法。它可以使象海豹減少體內水分流失、降低新陳代謝過程，以達到節能的目的。

為什么自然界乃至一些自然規律都具有節能特性呢？目前這一問題還不能解釋得十分清楚，雖然科學家們提出了很多觀點，但眾說紛紜，莫衷一是。可是有一條原則卻是大家都可接受的，即在萬物的產生、發展和消亡中，能量具有至關重要的作用，能量又不是取之不盡用之不竭的，屬于任何一個生物或物體的能量都是有限的。為了維護自身生存的持續性，就必須在生存的各個環節注意節約能量，降低消耗，而那些無限量的耗能者，必將在進化過程中被拋棄和淘汰。因此，節能便成了大自然所必須遵守的一條基本原則并以各種方式表現出來。

愿地球上的每個人都盡早認識并執行這條基本原則。