人類對(duì)物質(zhì)和能量高效利用途徑的啟示——“數(shù)量級(jí)效應(yīng)”

唐建淮，唐茂艷

（廣西農(nóng)科院水稻研究所／國(guó)家水稻改良中心南寧分中心，廣西 南寧 530007）

1 引言

人類所處的自然界是一個(gè)物質(zhì)的世界，而且是運(yùn)動(dòng)變化的物質(zhì)世界。物質(zhì)和能量密切聯(lián)系在一起，是一對(duì)孿生兄弟，物質(zhì)是能量的載體和體現(xiàn)者，也是能量的貯存者。各類物質(zhì)在能量的作用和反作用下形成了運(yùn)動(dòng)變化的自然界。人類是自然界中一類高級(jí)生物成員，雖然其本質(zhì)與自然界或物質(zhì)世界是一致的，但人類有制造和利用工具的特性，在人類這個(gè)層面演繹出了人類特有的、豐富的對(duì)物質(zhì)和能量利用、運(yùn)作的局面。人類自身有一個(gè)長(zhǎng)期進(jìn)化、發(fā)展的過程，相應(yīng)地人類利用物質(zhì)和能量方面也有一個(gè)不斷更新、優(yōu)化的過程，本文對(duì)其過程作如下闡述。

2 初級(jí)階段——人和物之間的直接作用

該階段人類利用物質(zhì)和能量有幾個(gè)特點(diǎn)。

（1）被利用的物體是有形的且形體較大的。我們從已了解的原始社會(huì)中可以看出，人類的祖先都是借助木頭、石頭，憑借自身生物體的力量（或能量）來進(jìn)行很多獵食、打斗活動(dòng)，人類的食物均是有形的且形體較大的，如各種動(dòng)、植物。完全處在一種“知其然，不知其所以然”的狀態(tài)。對(duì)物質(zhì)和能量的大小的考量沒有一個(gè)量化的指標(biāo)尺度，只用一些感覺來形容，如“力大無窮”、“力大如牛”、“天大地大”、“巨大”等。

（2）被利用的物質(zhì)和能量，盡管當(dāng)時(shí)不能量化，但其范圍和大小均是有限的，而且極其有限，所以在初級(jí)階段，人類與其他動(dòng)植物成員一樣，僅僅生活在自己的小圈子里，對(duì)自然界生態(tài)的影響力很小。

（3）被利用的能量均發(fā)自人體本身，雖然借助了木頭、石頭等硬物，還停留在“人—物”作用方式上。

3 中級(jí)階段——“有形體物”的利用或借用

馬克思曾經(jīng)說過：人和動(dòng)物最大的差別就是人類會(huì)制造和利用工具并改造利用自然。隨著人類的進(jìn)化和進(jìn)步，在自然環(huán)境的選擇和作用中，人類不但學(xué)會(huì)了制造一系列的簡(jiǎn)單的工具，如刀具、利器、繩子、輪子等，用這些工具更輕松地獲取食物和其他物體；同時(shí)，在獲取能量上，特別是自然界能量上，人類充分認(rèn)識(shí)到物物作用的原理來獲取更大、更長(zhǎng)久的能量，如借助風(fēng)能的帆船、借助水流動(dòng)能的水車、借助熱能的鍋爐等等。可以看到這些借助自然能的方式可產(chǎn)生人力所不能及的巨大力量，完成人力所不能完成的工作，對(duì)自然生態(tài)中的非生物質(zhì)和生物質(zhì)產(chǎn)生了巨大的效應(yīng)，用今天的話講就是人類的生產(chǎn)力有了極大的進(jìn)步，這對(duì)人類的生存和發(fā)展有了不可估量的意義，人類的生存和發(fā)展得到了充分的促進(jìn)和保障。

人類利用物物作用的原理取得了極大的成效，但我們對(duì)物和能的應(yīng)用基本上還處在對(duì)物的某個(gè)階段上，那就是物絕對(duì)是有形態(tài)或形體的，能也是它們承載或儲(chǔ)藏的，也可以說是“宏觀的能”和“宏觀的物”，可以說是人的視覺可感知的，對(duì)“應(yīng)用物”之一的人類所制造的工具可用具體數(shù)量來表達(dá)，但對(duì)另一種“被應(yīng)用物”只能用籠統(tǒng)的數(shù)量單位來表示，如“流量多大的河”、“幾級(jí)的風(fēng)”、“體積多大的水”等等。簡(jiǎn)而言之，該階段還停留在宏觀層面上，對(duì)物和能的認(rèn)識(shí)和利用還沒有切入到物和能的最小結(jié)構(gòu)或單位上，能是較大，物的數(shù)量也較大，但還沒有完全超出人的感知之外，還是有限的，其根本就是被應(yīng)用物的“物結(jié)構(gòu)”或“能機(jī)理”都局限于人的感知之內(nèi)，是可度可控的。

4 高級(jí)階段——“微觀世界超大數(shù)量級(jí)”的利用

在繼續(xù)第二階段的基礎(chǔ)上，這一階段更大、更神奇的特點(diǎn)是開發(fā)、認(rèn)識(shí)并利用了新的客體和能量載體。在物質(zhì)利用上指的是分子層面，在能量載體上則是分子、原子、質(zhì)子、中子、電子、量子層面。這一階段，在物質(zhì)利用上，無論是生物體還是非生物體絕大部分還是“有形體物”，雖然人類也知道所接觸的“有形體物”是“分子”的集成體，分子的結(jié)構(gòu)也了解，如水、鹽的分子的結(jié)構(gòu)，但人能感覺的還是“分子”的集成體——物體，體現(xiàn)屬性的不是單個(gè)分子，而是“分子”的集成體，稱之為物體屬性，在非生物體方面有很多，如水、石油、煤等；在生物體方面，有糧食、蔬菜、食用菌、生物激素等；在能量的應(yīng)用上，就有了質(zhì)的變化和提高，是人類偉大事業(yè)的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，對(duì)人類的生存和發(fā)展有著不可估量的作用和意義。人類憑借自己的智慧認(rèn)識(shí)到物質(zhì)的微觀世界的相互作用及其效應(yīng)：電子及電能，原子及原子核裂變能，量子及光能，等等，我們知道原子、電子、量子都是極微小的物質(zhì)組成部分或組成單位，電子其質(zhì)量為9.11×10－31kg，0.511MeV，一個(gè)原子的真實(shí)質(zhì)量很小，國(guó)際上統(tǒng)一以 C的1／12的質(zhì)量（1.6606×10－24g）作為質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，得到統(tǒng)一的各原子的相對(duì)質(zhì)量，例如同位素 H的原子量為1.007825、同位素C的原子量為12.0000。人類用肉眼能感知的物體所包含的原子、電子的數(shù)量是絕對(duì)的“海量”，是人類社會(huì)自身的眼光、語(yǔ)言、能力難以理解和企及的，那么，以它們作能量載體或信號(hào)載體，所產(chǎn)生的能量和信息量的大小也是一樣的效果。對(duì)此，人類既感到迷惑又不得不驚嘆，人體感覺不到的小物質(zhì)、小單位承載的小能量，在客觀的海量數(shù)量單位背景下，產(chǎn)生的巨大力量和變化，不啻是人類發(fā)現(xiàn)和運(yùn)作自然界的偉大魅力和最高境界所在。

電能、原子核裂變能及中子、質(zhì)子能與有形體物產(chǎn)生的能有些不同，后者是有形的，人力較易控制；而前者是無形的，而且是在海量級(jí)數(shù)量單位背景下產(chǎn)生的，一旦發(fā)生，人力無法控制，并且其威力也是后者無法比擬的。前者接近無限，后者是很有限的。

5 討論和啟發(fā)

綜上所述，我們認(rèn)識(shí)到人類對(duì)物質(zhì)和能量的利用可以說是從直接利用自身到間接利用它物，從宏觀有形體物運(yùn)作到微觀無定形粒子運(yùn)作，從可控有限到不可控?zé)o限。基于這樣的運(yùn)作過程，人類征服自然的力量則從小到大，活動(dòng)空間也一樣從小到大，甚至于無窮無盡。獲取物質(zhì)的數(shù)量和種類從小到大，從少到多，以至于無窮無盡，從而使人類有了可持續(xù)性的生存和發(fā)展。鑒于此，不難看出人類獲取最大能量和物質(zhì)的手段或機(jī)理是宏觀有形和微觀無形層面的運(yùn)作，其玄秘之處在于其運(yùn)作基本單位極其渺小，承載的物和體現(xiàn)的能微乎其微，但只要其數(shù)量是巨大的海量，產(chǎn)生的結(jié)果是無與倫比的，這樣的物物作用機(jī)理對(duì)人類世俗、平凡的眼光還是有很強(qiáng)的欺騙性。若把該作用機(jī)理投放和運(yùn)用到更廣泛的生活、科技中，肯定會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的功效。在中國(guó)共產(chǎn)黨的現(xiàn)代革命斗爭(zhēng)中，根據(jù)當(dāng)時(shí)的革命形勢(shì)，提出了“星星之火，可以燎原”，就是基于該原理的數(shù)量級(jí)效應(yīng)。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，我們現(xiàn)在應(yīng)用的大田作物小麥、水稻、玉米、大豆和很多種蔬菜，特別是種子作物，都是微小單位個(gè)體，以克（g）、毫克（mg）為單位，但群體擁有的單位數(shù)量是驚人的海量，小小一粒種子，一代的繁殖率達(dá)幾百倍至上千倍，加上種植面積的大數(shù)量，其數(shù)量級(jí)效應(yīng)也得到了充分發(fā)揮。我們?cè)诤瘫究拼筇镒魑镉N中，重視其分蘗力的選擇其實(shí)就是考慮到它的數(shù)量級(jí)效應(yīng)能否得到優(yōu)化。微生物食用菌的發(fā)掘利用，也是人類在該機(jī)理方面的應(yīng)用。今后，我們對(duì)某些物質(zhì)微觀小單位個(gè)體，不管是生物性的還是非生物性的，只要其群體有能量運(yùn)作或增殖特性加速度，千萬不能忽視和小看，運(yùn)作得當(dāng)，可獲得相當(dāng)大的能量和充足的物質(zhì)，對(duì)人類生存和發(fā)展大大有利；反之，對(duì)人類貽害無窮，如癌細(xì)胞、艾滋病毒的數(shù)量級(jí)效應(yīng)運(yùn)作。

展望未來，人類在物質(zhì)微觀層面對(duì)物質(zhì)、能量和信息的開發(fā)和利用上將會(huì)有新的開拓、提升，人們生活節(jié)奏將更加快捷多變。

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