基于熵理論的人類社會(huì)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展分析

孟 春，孟 莉，王立海，蘇義坤，劉美爽

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱 150040)

自工業(yè)革命以來(lái)，人類社會(huì)的各個(gè)方面都得到了迅猛發(fā)展。但伴隨而來(lái)的人口爆炸、環(huán)境污染和資源枯竭等問(wèn)題日益突出。可持續(xù)發(fā)展是人類社會(huì)尋求發(fā)展的必然選擇，而熵理論作為自然界的最高定律，是一切人類活動(dòng)和社會(huì)發(fā)展的基本準(zhǔn)則。本文將熵理論應(yīng)用于解決人類社會(huì)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展中，使人們更好地認(rèn)識(shí)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與資源、環(huán)境的關(guān)系本質(zhì)，為自然環(huán)境與人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展提供理論參考。

1 熵理論及人類社會(huì)系統(tǒng)宏觀熵函數(shù)

德國(guó)物理學(xué)家魯?shù)婪颉た藙谛匏乖?850年首次提出熵的概念，用來(lái)表示任何一種能量在空間中分布的均勻程度，能量分布得越均勻，熵就越大。并在1865年將其引入到熱力學(xué)第二定律中，很快熵在熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)領(lǐng)域內(nèi)占據(jù)重要地位［1］。根據(jù)熱力學(xué)的理解，熵是評(píng)價(jià)一個(gè)系統(tǒng)無(wú)序程度的量度，而產(chǎn)生這種無(wú)序狀態(tài)是因?yàn)橄到y(tǒng)進(jìn)行了消耗，可以說(shuō)，消耗伴隨著熵的產(chǎn)生。熵理論發(fā)展到了今天，已從一個(gè)單純的描述微觀世界的熱力學(xué)物理概念發(fā)展到一個(gè)自然與社會(huì)、經(jīng)濟(jì)統(tǒng)一的概念［2］。林錫奇指出作為人類社會(huì)生存和繁衍的組成要素，熵、環(huán)境、發(fā)展是可以統(tǒng)一起來(lái)的，指出協(xié)調(diào)好熵、環(huán)境、發(fā)展的關(guān)系是走可持續(xù)發(fā)展道路的本質(zhì)要求［3］。

人類社會(huì)系統(tǒng)與熱力學(xué)系統(tǒng)有著本質(zhì)的區(qū)別，但與熱力學(xué)系統(tǒng)有著相似之處。就系統(tǒng)本身而言，它們的相似性表現(xiàn)在:其一，都是由大量元素構(gòu)成的;其二，系統(tǒng)的宏觀態(tài)是由系統(tǒng)內(nèi)部元素組成的微觀態(tài)決定;其三，系統(tǒng)內(nèi)各元素的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)具有隨機(jī)性等［4］。根據(jù)開(kāi)放系統(tǒng)的熵理論，利用函數(shù)來(lái)表征人類社會(huì)的狀態(tài)函數(shù)，其構(gòu)成如下:

式中:S(t)為人類社會(huì)在t時(shí)刻的熵值，稱為熵函數(shù)，表征人類社會(huì)在該時(shí)刻所處的狀態(tài);IS(t)為人類社會(huì)在t時(shí)刻的正熵值，稱為正熵函數(shù)，表征人類社會(huì)該時(shí)刻的混亂當(dāng)量的大小;ES(t)為人類社會(huì)在t時(shí)刻的負(fù)熵值，稱為負(fù)熵函數(shù)，表征人類社會(huì)此刻通過(guò)與外界交換物質(zhì)、能量和信息以及人類社會(huì)內(nèi)部自組織而具有的抵制系統(tǒng)混亂能力的大小。

2 人類社會(huì)系統(tǒng)的熵動(dòng)態(tài)變化分析

由于人類社會(huì)的多元性和復(fù)雜性，公式 (1)人類社會(huì)的熵函數(shù)是數(shù)學(xué)表達(dá)式，因此，系統(tǒng)在t時(shí)刻的正熵和負(fù)熵值很難精確算出，只能根據(jù)系統(tǒng)表現(xiàn)出來(lái)的狀態(tài)進(jìn)行定性的判斷。對(duì)公式 (1)兩端求對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)就是人類社會(huì)系統(tǒng)在t時(shí)刻各熵函數(shù)的變化率，簡(jiǎn)稱熵流:

可以根據(jù)dS符號(hào)判別人類社會(huì)在t時(shí)刻的變化動(dòng)態(tài)。

2.1 人類社會(huì)系統(tǒng)正熵函數(shù)IS(t)的動(dòng)態(tài)變化

人類社會(huì)系統(tǒng)的正熵主要由物理災(zāi)變、生物災(zāi)變和人類自身的正熵構(gòu)成。這些構(gòu)成元素的正熵變化都是受人類社會(huì)主體元素－人口的影響，其變化將隨著人口的增加而呈現(xiàn)出相同的發(fā)展態(tài)勢(shì)。從理論上講人類社會(huì)系統(tǒng)在任意一時(shí)刻有熵流diS＞0，即IS(t+Δt) ＞IS(t)。若設(shè)tk，tl為人類社會(huì)系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)刻和未來(lái)某一時(shí)刻，忽略因局部的、短期的生態(tài)災(zāi)害或者戰(zhàn)爭(zhēng)引起的人口數(shù)量增減，則在區(qū)間 (tk，tl)內(nèi)IS(t)是單調(diào)遞增的。并有

式中:B1為人類社會(huì)系統(tǒng)的正熵初始值。

2.2 人類社會(huì)系統(tǒng)負(fù)熵函數(shù)ES(t)的動(dòng)態(tài)變化

對(duì)于人類社會(huì)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，理論上的任意一時(shí)間有deS＜0，而且在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，負(fù)熵在一定生產(chǎn)方式下的變化不大。另一方面，人類社會(huì)發(fā)展過(guò)程中由于生產(chǎn)方式和社會(huì)制度等的變化，找到新的負(fù)熵獲取源，探索到了新的獲取高負(fù)熵的方法，增大了進(jìn)入人類社會(huì)系統(tǒng)的負(fù)熵流，使ES由漸變產(chǎn)生突變。在人類社會(huì)發(fā)展過(guò)程中可以視人類社會(huì)的ES為一連續(xù)分段增長(zhǎng)過(guò)程。因此可推出

式中:B2為ES的初始值。

2.3 人類社會(huì)系統(tǒng)總熵函數(shù)S(t)的動(dòng)態(tài)變化

系統(tǒng)熵函數(shù)S(t)表征t時(shí)刻人類社會(huì)系統(tǒng)所處的狀態(tài)，由t時(shí)刻系統(tǒng)的正熵和負(fù)熵兩部分組成。因此，通過(guò)S(t)的符號(hào)就可以看出人類社會(huì)系統(tǒng)t時(shí)刻是處于進(jìn)步狀態(tài)、危機(jī)狀態(tài)，還是臨界狀態(tài)。

(1)S(t)＞0，即IS(t)+ES(t)＞0，說(shuō)明在t時(shí)刻，人類社會(huì)系統(tǒng)采用現(xiàn)有生產(chǎn)方式從環(huán)境中吸取的負(fù)熵和系統(tǒng)自身自組織所產(chǎn)生的負(fù)熵抵制不了系統(tǒng)的正熵，人類社會(huì)系統(tǒng)此刻處于退化狀態(tài)，也可稱為危機(jī)期。若在此時(shí)有dS＞0，即正熵增加速度大于負(fù)熵流入系統(tǒng)內(nèi)的速度，可稱之為加速危機(jī)期，隨著時(shí)間的推移，正熵增加速度減慢，負(fù)熵流入系統(tǒng)速度增大，出現(xiàn)dS＜0，說(shuō)明危機(jī)因素在不斷減小，稱為減速危機(jī)期。

(2)S(t)＜0，即IS(t)+ES(t)＜0，說(shuō)明在t時(shí)刻，人類社會(huì)系統(tǒng)的負(fù)熵除抵制正熵外，還有剩余，稱此刻人類社會(huì)系統(tǒng)處于進(jìn)步狀態(tài)，簡(jiǎn)稱進(jìn)步期。若在此時(shí)有dS＞0，即正熵增加速度大于負(fù)熵流入系統(tǒng)內(nèi)的速度，可稱之為減速進(jìn)步期，隨著時(shí)間的推移，正熵增加速度減慢，負(fù)熵流入系統(tǒng)速度增大，出現(xiàn)dS＜0，說(shuō)明進(jìn)步因素在不斷增強(qiáng)，稱為加速進(jìn)步期。

(3)S(t)=0，即IS(t)+ES(t)=0，說(shuō)明人類社會(huì)系統(tǒng)在該時(shí)刻所具有的負(fù)熵剛好抵制系統(tǒng)的正熵，系統(tǒng)此刻處于臨界狀態(tài)。其變化方向要由此刻S(t)對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)dS來(lái)判別。

綜上所述，人類社會(huì)系統(tǒng)的一個(gè)周期的幾個(gè)階段分別為加速危機(jī)、減速危機(jī)、加速進(jìn)步和減速進(jìn)步，隨著新的生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的的進(jìn)步，要保證人類社會(huì)處于進(jìn)步發(fā)展?fàn)顟B(tài)就要保證系統(tǒng)熵函數(shù)S(t)＜0的合理發(fā)展?fàn)顟B(tài)，這就要控制系統(tǒng)的正熵和努力挖掘人類社會(huì)系統(tǒng)可流入的負(fù)熵。

3 基于熵理論的人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略

熵理論要求人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展必須將人類自身和自然環(huán)境系統(tǒng)、生物系統(tǒng)合一，在自然界有限的資源、能源和環(huán)境中約束人類自身數(shù)量的膨脹、欲望的膨脹和人類活動(dòng)負(fù)面效應(yīng)的膨脹。

3.1 有效控制正熵，減慢熵增速度

人類社會(huì)系統(tǒng)的正熵主要來(lái)源于環(huán)境能量物理災(zāi)變、生物災(zāi)變和人類生產(chǎn)消耗等過(guò)程中產(chǎn)生的熵增。自然環(huán)境系統(tǒng)的熵增主要體現(xiàn)在環(huán)境的污染和惡化上;生物災(zāi)變的熵增主要表現(xiàn)在人類行為引起的生物物種的不利變異及對(duì)人類社會(huì)發(fā)展和自然環(huán)境系統(tǒng)的穩(wěn)定的不利影響上;人類社會(huì)系統(tǒng)的熵增則主要體現(xiàn)在人類對(duì)物質(zhì)資源的過(guò)度開(kāi)發(fā)、低效利用、極度浪費(fèi)和生產(chǎn)廢棄物不當(dāng)處理上［5］。因此，人類社會(huì)的發(fā)展應(yīng)當(dāng)從以犧牲自然環(huán)境系統(tǒng)和生物系統(tǒng)為前提的高消耗、高污染為代價(jià)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式中轉(zhuǎn)變出來(lái)，建立一種以生態(tài)工業(yè)為主體，以維護(hù)人類社會(huì)和自然環(huán)境系統(tǒng)及生物系統(tǒng)的和諧為目標(biāo)，以資源高效、循環(huán)利用為核心，以減量化、再利用、再循環(huán)為原則，以低消耗、高利用為基本特征的可持續(xù)發(fā)展經(jīng)濟(jì)方式。這種可持續(xù)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展方式源于有限、代價(jià)、節(jié)約、共生和適應(yīng)等觀念和對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)的反思，摒棄了傳統(tǒng)生產(chǎn)模式，使得物質(zhì)、能量和信息都能得到合理、持續(xù)的利用。要真正實(shí)現(xiàn)這一生產(chǎn)模式需要人類的不斷探索，制定合理的計(jì)劃、方針和措施，使得這一理想的發(fā)展模式充分發(fā)揮作用，降低人類社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生的熵增速度［6，7］。

此外，人口膨脹導(dǎo)致人類生存的需求暴漲，是人類社會(huì)熵增的又一直接原因。延緩人口總量的增長(zhǎng)，甚至減少人口總量，會(huì)直接減緩對(duì)地表有用物質(zhì)資源的損耗，減緩正熵流的積聚，延長(zhǎng)地表人類生存環(huán)境對(duì)人類的“服務(wù)年限”。

3.2 積極開(kāi)發(fā)利用負(fù)熵源

人類社會(huì)系統(tǒng)的負(fù)熵主要來(lái)自于環(huán)境、生物系統(tǒng)和人類自組織機(jī)制產(chǎn)生的負(fù)熵流。其主要體現(xiàn)在人類發(fā)展所需要的物質(zhì)、能量和信息上。太陽(yáng)能提供給地球上的生物以能量，生物依靠自身的轉(zhuǎn)化作用為人類提供生存需要的糧食，為人類提供生產(chǎn)生活所需的物質(zhì)資源，同時(shí)人類依靠生產(chǎn)工具和科學(xué)技術(shù)，將自然資源轉(zhuǎn)化為多種產(chǎn)品以滿足人類社會(huì)發(fā)展的多種需要。

就人類社會(huì)發(fā)展所需的負(fù)熵源來(lái)說(shuō)，人類過(guò)去大規(guī)模的發(fā)展已將資源消耗殆盡，人類今后的發(fā)展必須依靠科學(xué)技術(shù)努力開(kāi)發(fā)新的可利用資源。科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步是人類賴以轉(zhuǎn)化能量，求得自身生存和發(fā)展的手段和中介，但是傳統(tǒng)的技術(shù)是以犧牲環(huán)境利益和增加熵流為代價(jià)，其最終往往是在更大程度上造成環(huán)境結(jié)構(gòu)平衡的破壞，降低環(huán)境對(duì)人類持續(xù)生存發(fā)展的支撐性。因此，在此強(qiáng)調(diào)的技術(shù)應(yīng)該是一種“溫和的技術(shù)”，既能滿足社會(huì)發(fā)展的高科技要求，為社會(huì)發(fā)展提供源源不斷的負(fù)熵流，又能以減少人類行為對(duì)環(huán)境的不利影響為前提，尊重環(huán)境的穩(wěn)定發(fā)展權(quán)利。

4 結(jié)束語(yǔ)

從人類社會(huì)發(fā)展過(guò)程出發(fā)，建立熵的動(dòng)態(tài)變化模型并對(duì)其動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)進(jìn)行了分析，得出人類社會(huì)發(fā)展的各個(gè)時(shí)期都要經(jīng)歷的加速危機(jī)、減速危機(jī)、加速進(jìn)步、減速進(jìn)步四個(gè)循環(huán)往復(fù)的階段，并從控制正熵，減慢熵增速度和積極開(kāi)發(fā)利用負(fù)熵流角度探討了人類社會(huì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)宏觀發(fā)展策略，有效控制人口膨脹，在人類社會(huì)發(fā)展過(guò)程中重視人類自身、社會(huì)環(huán)境和生態(tài)環(huán)境的和諧發(fā)展。

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