人类世经济学：能源与增长关系的新视角

郭曼++何梦笔

[摘要] 人类世地质时代科技圈的产生，预示着经济系统和生态系统的矛盾关系，成为全球可持续发展面临的重要议题。未来人类经济网络，需要处理能源消耗和经济增长之间的关系，实现生态效益和经济效益之间的统一。本文以进化原理和自然科学为基础，探讨能源、增长和信息之间的关系，将生态经济学理论和地球科学的最大熵理论相连，揭示未来能源转型，经济发展与地球可持续发展的政策导向。

[关键词] 人类世 最大熵理论 能源 信息

[中图分类号] TP3-05；F062.2 [文献识别码] A [文章编号] 1004-6623（2017）06-0034-06

[作者简介] 郭曼（1977 — ），吉林长春人，哈尔滨工业大学（深圳）助理教授，经济学博士，研究方向：行为经济学；Herrmann Pillath（何梦笔）（1959 — ），德国籍，德国埃尔福特大学经济学教授，研究方向：演化经济学、制度经济学等。

一、人类科技信息圈的崛起

随着包含生物圈的科技信息圈的出现，地球系统现在已经成为人类文明的产物。科技信息圈，作为人类世科学的一部分，不能仅仅基于科学和其他工程学科，而是需要密切的跨学科整合，特别是社会科学方面（施普伦，Spreng ，2014）。

标准经济学的局限在于以人类经济解释为当前地质变迁的驱动力。经济学是否能帮助我们理解和解释科技信息圈与生物圈在地球体系的相互作用？不幸的是，现在这样的情况并未出现。原因在于经济学是一门建立在理论基础之上的社会科学，它只和在人类经济框架中有意义和可操作性的概念，如“资本”、“价格”或“利率”等相关。如果我们想分析生物圈和地球体系与经济的相互作用，这些概念是毫无意义的。例如确定和衡量“自然资本”，但这些概念本身就漏洞百出，因为没有系统性的规范，市场只能对物理实体估值（赫姆，Helm，2015）。

因此，我们需要探讨如何发展一个包括科技信息圈与生物圈的统一理论框架。最重要的桥接概念是能量。无论是生物圈和科技信息圈都需要能量转换的复杂系统。生物和科技系统利用能量来支持自己的成长（威特，Witt，2005）。经济学作为经济系统的方法，最终服务于人类的消费和福利的目的。在此我们以能量的观点观察完整的循环过程，人类的消耗是人类经济（或科技圈）在能量生产和再生产的过程的一个中间步骤。因此，如果我们想要理解相似的科技与生物圈的原理，需要转向哥白尼理论：我们必须摒弃人类为中心的经济学。这并不意味着要放弃经济学，但以科技信息圈为系统出发。这表明，通过人的中介行为的介导，科技信息圈的生产和自我再生产过程得以实现。换句话说，人的行为被认为是科技信息圈发展过程的一个功能，而不再是被视为经济目标的来源（哈夫，Haff， 2014）。

經济学作为一门社会科学，和经济学作为的未来科技圈的科学的巨大理论差距，最突出的一点在于忽略了能量作为重要的生产要素在经济增长理论中的作用（艾尔斯，Ayres，2009）。标准增长理论强调资本、劳动和技术进步，将后者最终作为“知识”。所有这些都是以人类为中心出发的概念。而能量是一个物理概念。忽视能量作为生产要素，通常是有道理的，因为按市场价格进行评估，它在GDP中所占份额很低。这将意味着能量可以被其他要素的替代，特别是知识。然而，从物理的角度来看，能量不只是其中的一个要素，它是一种生产过程，包括知识的产生和运用（菲斯达，Faist，2015）。只有当知识涉及到能量转换而被体现出来时，知识才与经济相关。这个物理联系的核心表达是兰道（Landau）。他在计算机科学研究中发现普遍适用的原理：使用信息的任何一种过程，都涉及到信息被擦除时所消耗的最小能量。所以可替代性假设不涉及能量。

因此，在应对当前科技信息圈领域经济学最根本的两个缺陷在于：第一，它对能量及其在经济中的作用没有足够的理论概念。其次，它不承认信息的物理性质；在后者的情况下，坚持以人类为中心的信息理念，因此未能制定一个适当的包含生物圈和科技信息圈的整个进化的研究方法。

二、生物和科技信息圈中的进化理论

能量和信息密切相关，这给我们提供了统一的理解科技圈和生物圈的关键概念。进化的一般理论明确地认识到这一点：生命是积累信息并且能够维持生命的能量转换的系统。这个定义也可以运用到科技信息圈：人类的科技积累信息使能量转换，并且得以维持。如果我们将科技作为生物系统的延伸，那么将两者结合起来就很容易：首先，科技可以看成维持蜜蜂繁殖中蜂巢的作用，人口的增长和科技的提高相互促进。其次，科技信息圈和生物圈一样可以自我完善。当然，人作为调解生物圈和科技信息圈之间的媒介起到重要的作用。

在我们解决这个棘手的问题之前，需要进一步明确分析科技信息圈与生物圈共同的理论基础。这些都是建立在热力学和进化概念之上。生物圈信息的增长过程通过能量转换的方式实现（薛定谔Schroedinger， 1994）。这些转换直接和间接地重塑和再塑系统。进化论认为，能量的流动带动人的演化。因此，我们不仅关注组织的层面，还要在生态系统上加以分析，这将构成各个组织获得的能量资源网。为了正确理解能量转换，我们需要注意：如何追踪在空间和时间中的能量转换的网络，如何描述系统的边界等等，这些是有效的分析的基本前提。

这是经济学发挥作用的切入点。在给定的时间和空间范围内资源是有限的。生命系统的成长意味着对这些资源进行竞争。这一原则也适用于非生物性上，从而指向一个集成科技圈的和生物圈的核心理论。生命在某种意义上说是一个自我催化现象，这个化学过程也通过与其他自我催化反应的结合完成。相对速度快和效率高的反应将决定最终的结果（尤兰维奇，Ulanowicz，1997）。

由此，我们可以推导出一个更基本的统一的理论原则，洛特卡 Lotka（1992）的最大功率定理，即进化过程的结果导致系统倾向于产生最大化的能量产出，并且转化为有用功推动其增长。如Bejan（2010）的构造定律，他认为各种能量转换系统（生物和技术）向提高其速度和强度的方向发展。在此情况下，通过对有限的资源的竞争和选择，以最终最大化功率输出的方式结束。endprint

虽然生命系统的能量输出用于系统的维护和增长，而第二定律认为任何一种能量转换过程也伴随着能量的损失，即为熵。如果地球是一个封闭的系统，第二定律意味着最终进化将会停止，因为所有能量资源都被转化为熵。这也将导致通过进化积累到的所有信息的丧失。也就是说，回到原始的生命化学成分混乱中。然而，这看起来永远不会发生，因为有一个不断流入的太阳能通过光合作用工作。这种流入是导致地球系统永远不会达到热力学平衡状态的物理原因（洛夫洛克， Lovelock，1974）。

这就意味着，我们可以将最大熵原理作为研究基础。最终，所有的能量被生命系统通过时间的积累而衰减，并产生最大熵。或者，用最简单的术语，所有能源的利用变成热。有两个原因可以解释地球系统可以远离热力学平衡。第一个是生物圈几乎可以完全回收废物，使产热达到了最小化；第二，地球系统向宇宙辐射热量，而这种流出使得对不平衡状态的维持有很大的回旋余地。最大熵原理提供了进化的动力和方向：它结合了信息和能量的概念，指出演化过程中系统通过积累不断增长的信息量，促使最大熵的产生，从而朝着系统和环境间连接的最合适状态而移动（Wittfield，2007）。

我们认为，同样的原则也适用于科技信息圈，从而为整合生物圈和科技圈的分析提供依据。我们假设最大熵原理也适用于科技演进：技术系统进化的方向，使其最大限度地提高能源产量和发电，这显然也提高了把自由能源转化为任何一种可用功的效率。

三、经济增长的热力学第二定律表现

生物圈和科技信息圈的工作原理相同，目的都在于提高生物和科技系统的能力，进一步增加能量的输出。这最终导致了增长：因此，增长是一种热力学现象，最终增长遵循热力学定律（加勒特， Garrett，2011）。

参考科技信息圈，这种循环机制，就是我们所说的“经济增长”，最终导致了资本的形成。资本的积累，同样适用于生物圈的原则：资本体现了能促进能量转换的积累信息。资本的概念在今天的经济学中被广泛使用。在此，最大功率定理适用于我们的研究。因为工业化是由资本主义竞争和人类集团之间的军事竞争所驱动的。在这两种情况下，增加能量产生对提高劳动力生产和军事生产必不可少。

面对各种反对基于热力学的科技圈经济的论据，我们需要作出如下的反驳。

首先，热力学在工程环境中是有用的，但如果应用于生活和社会系统，它过于笼统，无法根据计量数据进行预测，并设计相应政策。

回应：这是事实，但只是揭示了一个问题，我们缺少更详细的了解，将不同层次的生物圈和科技信息圈结合。最大功率原则是一个最通用的情况：没有它，我们无法解释为什么和怎样的技术系统的产生最大熵。

其次，人類能量转换是地球系统能量平衡的一个极小部分。

回应：这是事实，但没有认识到人类的行为对人类世已经产生的强烈的结构性影响。首先，人类总体能量转换已经超过地球产生的其他的能量；而且气候变暖效应，由于非线性因果关系关导致全球气候的巨大变化（克莱顿，Kleidon， 2016）。

最后，全球气候变暖是二氧化碳排放量造成，不是增加能量产出本身的影响。

回应：这是事实，但任何能量转换产生热量。这意味着，从长远来看，如果人类继续利用不属于太阳能流入的能源，人类经济将接近一个热极限（库梅尔， Kuemmel，2013）。

近年来学者对能量和经济增长之间联系的研究表明，自工业革命以来增加的能量产出是经济增长最重要的驱动力。这并不意味着提高效率没有作用，它可以暂时减少相对于能源的增长的依赖。但从长期来看，这种关系很模糊。如果只是通过经济计量方法进行研究，潜在的不确定的因果关系仍然存在，即正如热力学观点所阐述的那样，增长是否带动了能量的流动，而反之亦然。因此，我们只能通过某些机制证实这些说法，即将经济增长和能源流动的因果关系相联系。

四、能源、信息和增长的联系机制

我们寻找的这种机制应能识别因果反馈循环的结构变化，并能证明在经济和技术进步过程中增加能量产出而导致的经济增长。最简单的就是所谓的“索尔特周期”：劳动生产率增长驱动经济增长。然而，假定劳动生产率的提高是通过利用人类的力量，使用越来越“能量奴隶”完成，即结合资本和劳动力会促进能量流动，能量价格低于其对增长的真正边际贡献。

然而，有人可能会认为，科技进步也节约能源，取决于相对价格结构。这种观点可以解释工业革命在中国的失败，因为在英国工业革命开始时期就学会将能源代替劳动力。而劳动力相对昂贵，能源相对便宜。这意味着随后其价格的不断上涨，继而引发的环境负外部性作用（如碳税），这会导致工业化以更大的努力来提高能源效率，从而使资本替代能源。然而，这种分析只从经济角度出发，而不是在总的科技圈内探讨。

我们关注两个相互关联的话题。第一是能源回弹效应驱动能源增长的作用，第二是信息技术的作用。

在气候变化的应用研究中，能源回弹效应一直被忽视，但近年来， 这个理论引起了人们的广泛关注。它指的是旨在提高能源效率的措施，可能不会导致绝对的能源消耗比例的减少，反而会增加能源需求。在最极端的情况下，这将导致“回火”的可能性，即对能源的需求将变得更大，从而消除任何节约能源的措施。在经济学中，这些是“一般均衡效应”。回弹效应通过多种渠道完成。首先，他们可以用价格和收入效应的标准来分析。更高的能源效率可能导致能源价格下降，从而直接导致需求增加。然而，解释这种影响同样需要的是，要考虑社会和文化机制可能引发的节约能源的行为。因为提高能源效率的单一措施可能被嵌入到更大的社会经济系统中，从而形成多维的行为。这是回弹分析经典案例时杰文思（Jevons）的著名论断，他指出对煤使用方法的改进导致煤炭消费的绝对增长。这是一个科技被嵌入到社会政治制度与增长，现代化和发达经济体扩张中的例子。而科技进步正在强化这样的行为，最终会导致能量的进一步使用（莫基尔， Mokyr，2016）。endprint

因此，理解回弹效应理论，关键在于科技和经济在科技信息圈的相互作用。我们给出两个例子。

一是城市化。在这方面，问题归根结底是需要分析城市的能源代谢功能。正如一系列研究所表明的那样，城市增长在生物和技术领域受到标准化的影响。我们可以将城市化作为体现经济增长的科技现象，以作为一般的经济学分析处理。城市照明是和回弹效应直接相关的重要案例。经济研究最近表明，在全球范围内，卫星数据上的照明时间是衡量国内GDP水平最可靠的指标。照明约占全球能源消耗的7%，人类居住的能源需求是全球能源消耗最重要的衡量指標。最有趣的是，将工作时间和城市生活扩展到夜间，一直被认为是创造城市创造力和生产动力的有利因素。所以，这是一种理解能源和经济增长之间的复杂因果关系最好的例子。

关于照明节能的回弹效应在于，技术革新其实会造成城市照明系统的能源产量最终的增加（Tsao， 2010）。如果我们只研究单个设备，通常它们一定会导致能源的绝对节省。事实上，对照明的需求是文化建构的，并且，照明仍然远低于日光亮度。照明代表人类对活动需求的支持和补充。因此，照明技术的提高给人类带来更高的舒适度，但带来对照明更多的使用（夜间）。在这个意义上，有很多和照明案例一样的回弹效应例子：这就是“通用技术”的出现。如果我们把生产的影响和消费习惯相对应起来，煤炭与及其他相关技术（钢铁、铁路等）都可以和照明一样作为典型的例子。

二是信息技术。ITC是一项渗透到整个经济中，与越来越多的消费活动链接（如视频流媒体和社交媒体）的一种通用的卓越技术。这种技术对能量消耗是否有强烈的回弹效应？一个流行的观点是，ITC 可以提高能源效率，从而实现经济增长与能源消耗脱钩。根据统计，计算的能源成本在最近几十年里稳步下降，从而反映了“摩尔（Moore）定律”。电脑芯片属于高密度生物和科技结合体。自由能源强度是衡量进化变化非常可靠的指标，可以揭示一个连续的在生物和技术领域的成长动力。在这一点上ITC也具有回弹效应：对ITC的需求通常是对其他服务的衍生需求，如医疗保健。特别是“物联网“的出现，在日常环境下电子设备的数量不断增多。这些设备通常很小，只消耗分子级的能量，但他们总计可以汇集强大的能量，并需要云服务器的维持。

因此，我们可以合理地假设ITC的回弹效应的巨大潜力，而目前的能源消费的增长可能已经揭示了这一点。这证明进化在生物圈和科技信息圈中的连续性，因为ITC作为一种科技手段拥有处理和存储信息的技术。

这两个例子清楚地表明，我们不能将能源的流动作为唯一的研究科技信息圈的方法，这通常只会着重于对效率的分析。机制在科技信息圈总是被人的行为所介导，从而深深植根于社会文化系统。借助信息科学的方法，我们更需要一个全面的方法完成跨学科整合，若非如此我们的政策设计本身是注定要失败的。

五、政策设计的启示

政策的设计在我们分析的中有两个重要意义。首先，我们假设科技信息圈的自然性对确定政策设计是最重要的。这似乎是一个纯粹的哲学问题，但关键是理解什么是我们所能做到的，如何选择的政策约束。如果科技信息圈的演化服从一般演化规律（基于热力学），我们则不能改变它们。此外必须承认，我们无法完全影响不同层次的进化过程，甚至连认知途径都不全面。然而，脱离以人类中心为基础所的大多数政策设计，需要一个自然的态度。其次，尽管这是一种抽象的观点，但我们需要投入巨大的努力去了解详细的因果机制来设计政策。仅仅依靠计量经济学和统计方法来评估政策选择是不够的：真正重要的是利用这些统计的因果机制来推动这些统计规律。这需要跨学科的整合，体现于生物和技术领域之间的相互作用。

根据基本理论和哲学的角度，对政策选择的最普遍的观点如下：

我们只接受生物和科技信息圈被进一步热力学平衡推动的观点，并且我们的经济活动加速这个过程，这就是我们体验的经济增长。这种观点意味着我们在当前的环境挑战下讨论能源增长：提高能源效率的同时，我们将大力推行治理日益增长的能源战略。生物圈只依赖于阳光作为能源，实现了几乎完全的回收利用。科技信息圈协调与生物圈的设计原则，他们也紧密地交织在一起，因为完成回收总是需要能源的代价。因此，这个选择的结果结合太阳能能源的产量，最大化经济中循环的潜力。

这意味着，即使碳排放肯定是优先政策考虑的问题，能源的使用也应该将被征税，这包括所有种类的能源和可再生能源。这样的措施将导致对市场竞争的最小干预。然而，适应高水平的能源税对社会和经济无疑是高要求的。它的主要优点是，它以最可靠的知识为基础，了解人类行动对地球系统运作的制约因素可能造成的不稳定影响。这可以通过适当的定价方案或其他监管措施实现。这些措施是控制能量产量方法的补充，因为我们需要留心非线性结构因素、临界点和地球系统动力学等敏感问题。

我们的挑战在于，这种全面的方法如何在全球范围内可靠地执行。这意味着一个全球共识的分析与政策设计。不只能由个别国家或国家集团采取措施行动。这将导致竞争并产生回弹效应。节能措施在单一国家的使用和能源税的出现，可能导致其他国家能源密集型生产出现，继而不采取那些国家的政策。利用回弹效应，这些国家的公司会采用积极的策略征服国外市场。因此，作为环境的进口关税可能在WTO面临巨大的挑战，尽管他们可能是控制先行者行动的有效途径，并可能引发追赶者通过政策寻求支持。

这意味着事实上，世界经济正在按照自己的规则和条件发展，这需要包含科技信息圈的全球经济政策。最严重的挑战之一是收入和财富可能受到歧视性环境政策的影响。这来源于各国之间的分配和收入差距。努力脱贫致富是通过消费获得回弹效应的最强大的驱动。因此，在科技信息圈减少政策设计，不仅仅体现在“技术经济”方面，也需要政策给世界人民公平的分配机会。

六、结 论

我们研究方法的创新之处，是利用能量和增长之间的物理原理关系进行分析，并认为经济增长的直接表现在热力学中。就像Lotka已经在1922年说的那样，我们的经济行为无意遵守自然规律。到目前为止，热力学和经济学的结合都未能显示这种关系的作用。如果我们采用进化的框架，整合生物圈和科技信息圈，就可以将人类世的经济学系统嵌入到进化的一般理论中。endprint

我们认为，不采用这样的一个基础性的理论视角，对气候变化的研究和环境会缺乏连贯性。正如回弹效应的例子所显示的那样，证据混杂，在测量方面也非常困难，甚至在定义机制的基本范围方面也存在着障碍。尽管有大量的数据和研究成果，但专家意见的合理性却丧失了，这也为民粹主义的言论开辟了广阔的空间。

我们的理论框架提出了关于人的代理和自治的重要问题。我们是否应该承认我们的行为最终是由物理原因决定的？我们是否有作为人类建立自治权的自由？

我們认为，理解经济增长的进化原则是反思这些事实，最终实现自由。这几乎是矛盾的：在认识到需要摒弃人类中心主义的经济学分析时，我们得到机会把人类的价值观和发展一个可持续的科技圈相结合，并对生物圈（或盖亚地球系统）负责。治理和控制能量的流动是任何设计一个可持续发展的科技圈的核心。有两个相互竞争的观点相继出现：一个依赖于技术乐观主义，想象未来革命的技术进步，如在外太空利用太阳能、或纳米生物的重组技术；二是激活哲学的精神资源，建立一个“美好生活”的幸福责任观念以及相应的文化、艺术和宗教体系。这两种观点并不互相排斥，因此，我们认为第二种观点应该优先确定我们的技术创新所应追求的目标。我们应该继续做人类的主人。避免成为科技信息圈的“魔法师的学徒”。

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