人类对物质和能量高效利用途径的启示——“数量级效应”

唐建淮，唐茂艳

（广西农科院水稻研究所／国家水稻改良中心南宁分中心，广西 南宁 530007）

1 引言

人类所处的自然界是一个物质的世界，而且是运动变化的物质世界。物质和能量密切联系在一起，是一对孪生兄弟，物质是能量的载体和体现者，也是能量的贮存者。各类物质在能量的作用和反作用下形成了运动变化的自然界。人类是自然界中一类高级生物成员，虽然其本质与自然界或物质世界是一致的，但人类有制造和利用工具的特性，在人类这个层面演绎出了人类特有的、丰富的对物质和能量利用、运作的局面。人类自身有一个长期进化、发展的过程，相应地人类利用物质和能量方面也有一个不断更新、优化的过程，本文对其过程作如下阐述。

2 初级阶段——人和物之间的直接作用

该阶段人类利用物质和能量有几个特点。

（1）被利用的物体是有形的且形体较大的。我们从已了解的原始社会中可以看出，人类的祖先都是借助木头、石头，凭借自身生物体的力量（或能量）来进行很多猎食、打斗活动，人类的食物均是有形的且形体较大的，如各种动、植物。完全处在一种“知其然，不知其所以然”的状态。对物质和能量的大小的考量没有一个量化的指标尺度，只用一些感觉来形容，如“力大无穷”、“力大如牛”、“天大地大”、“巨大”等。

（2）被利用的物质和能量，尽管当时不能量化，但其范围和大小均是有限的，而且极其有限，所以在初级阶段，人类与其他动植物成员一样，仅仅生活在自己的小圈子里，对自然界生态的影响力很小。

（3）被利用的能量均发自人体本身，虽然借助了木头、石头等硬物，还停留在“人—物”作用方式上。

3 中级阶段——“有形体物”的利用或借用

马克思曾经说过：人和动物最大的差别就是人类会制造和利用工具并改造利用自然。随着人类的进化和进步，在自然环境的选择和作用中，人类不但学会了制造一系列的简单的工具，如刀具、利器、绳子、轮子等，用这些工具更轻松地获取食物和其他物体；同时，在获取能量上，特别是自然界能量上，人类充分认识到物物作用的原理来获取更大、更长久的能量，如借助风能的帆船、借助水流动能的水车、借助热能的锅炉等等。可以看到这些借助自然能的方式可产生人力所不能及的巨大力量，完成人力所不能完成的工作，对自然生态中的非生物质和生物质产生了巨大的效应，用今天的话讲就是人类的生产力有了极大的进步，这对人类的生存和发展有了不可估量的意义，人类的生存和发展得到了充分的促进和保障。

人类利用物物作用的原理取得了极大的成效，但我们对物和能的应用基本上还处在对物的某个阶段上，那就是物绝对是有形态或形体的，能也是它们承载或储藏的，也可以说是“宏观的能”和“宏观的物”，可以说是人的视觉可感知的，对“应用物”之一的人类所制造的工具可用具体数量来表达，但对另一种“被应用物”只能用笼统的数量单位来表示，如“流量多大的河”、“几级的风”、“体积多大的水”等等。简而言之，该阶段还停留在宏观层面上，对物和能的认识和利用还没有切入到物和能的最小结构或单位上，能是较大，物的数量也较大，但还没有完全超出人的感知之外，还是有限的，其根本就是被应用物的“物结构”或“能机理”都局限于人的感知之内，是可度可控的。

4 高级阶段——“微观世界超大数量级”的利用

在继续第二阶段的基础上，这一阶段更大、更神奇的特点是开发、认识并利用了新的客体和能量载体。在物质利用上指的是分子层面，在能量载体上则是分子、原子、质子、中子、电子、量子层面。这一阶段，在物质利用上，无论是生物体还是非生物体绝大部分还是“有形体物”，虽然人类也知道所接触的“有形体物”是“分子”的集成体，分子的结构也了解，如水、盐的分子的结构，但人能感觉的还是“分子”的集成体——物体，体现属性的不是单个分子，而是“分子”的集成体，称之为物体属性，在非生物体方面有很多，如水、石油、煤等；在生物体方面，有粮食、蔬菜、食用菌、生物激素等；在能量的应用上，就有了质的变化和提高，是人类伟大事业的发现和应用，对人类的生存和发展有着不可估量的作用和意义。人类凭借自己的智慧认识到物质的微观世界的相互作用及其效应：电子及电能，原子及原子核裂变能，量子及光能，等等，我们知道原子、电子、量子都是极微小的物质组成部分或组成单位，电子其质量为9.11×10－31kg，0.511MeV，一个原子的真实质量很小，国际上统一以 C的1／12的质量（1.6606×10－24g）作为质量的标准，得到统一的各原子的相对质量，例如同位素 H的原子量为1.007825、同位素C的原子量为12.0000。人类用肉眼能感知的物体所包含的原子、电子的数量是绝对的“海量”，是人类社会自身的眼光、语言、能力难以理解和企及的，那么，以它们作能量载体或信号载体，所产生的能量和信息量的大小也是一样的效果。对此，人类既感到迷惑又不得不惊叹，人体感觉不到的小物质、小单位承载的小能量，在客观的海量数量单位背景下，产生的巨大力量和变化，不啻是人类发现和运作自然界的伟大魅力和最高境界所在。

电能、原子核裂变能及中子、质子能与有形体物产生的能有些不同，后者是有形的，人力较易控制；而前者是无形的，而且是在海量级数量单位背景下产生的，一旦发生，人力无法控制，并且其威力也是后者无法比拟的。前者接近无限，后者是很有限的。

5 讨论和启发

综上所述，我们认识到人类对物质和能量的利用可以说是从直接利用自身到间接利用它物，从宏观有形体物运作到微观无定形粒子运作，从可控有限到不可控无限。基于这样的运作过程，人类征服自然的力量则从小到大，活动空间也一样从小到大，甚至于无穷无尽。获取物质的数量和种类从小到大，从少到多，以至于无穷无尽，从而使人类有了可持续性的生存和发展。鉴于此，不难看出人类获取最大能量和物质的手段或机理是宏观有形和微观无形层面的运作，其玄秘之处在于其运作基本单位极其渺小，承载的物和体现的能微乎其微，但只要其数量是巨大的海量，产生的结果是无与伦比的，这样的物物作用机理对人类世俗、平凡的眼光还是有很强的欺骗性。若把该作用机理投放和运用到更广泛的生活、科技中，肯定会产生相当大的功效。在中国共产党的现代革命斗争中，根据当时的革命形势，提出了“星星之火，可以燎原”，就是基于该原理的数量级效应。农业生产中，我们现在应用的大田作物小麦、水稻、玉米、大豆和很多种蔬菜，特别是种子作物，都是微小单位个体，以克（g）、毫克（mg）为单位，但群体拥有的单位数量是惊人的海量，小小一粒种子，一代的繁殖率达几百倍至上千倍，加上种植面积的大数量，其数量级效应也得到了充分发挥。我们在禾本科大田作物育种中，重视其分蘖力的选择其实就是考虑到它的数量级效应能否得到优化。微生物食用菌的发掘利用，也是人类在该机理方面的应用。今后，我们对某些物质微观小单位个体，不管是生物性的还是非生物性的，只要其群体有能量运作或增殖特性加速度，千万不能忽视和小看，运作得当，可获得相当大的能量和充足的物质，对人类生存和发展大大有利；反之，对人类贻害无穷，如癌细胞、艾滋病毒的数量级效应运作。

展望未来，人类在物质微观层面对物质、能量和信息的开发和利用上将会有新的开拓、提升，人们生活节奏将更加快捷多变。

[1][美]阿西莫夫I.生命和能[M].黄渝生，译.北京：科学出版社，1981.

[2]林世成，闵绍楷.中国水稻品种及其系谱[M].上海：上海科学技术出版社，1991.

[3]陈华癸，樊庆笙.微生物学[M].3版.北京：农业出版社，1979.