古罗马的旧式扒犁不够坚固,耕不动欧洲肥沃但又沉重的 土壤。到6世纪中期,斯拉夫农民开始使用一种更结实的新式 犁。这种十字型的犁有轮子和两片刀刃。它装有“一刃竖直的 刀片用来开沟,一把水平的犁头,以及一块模板用来翻土 这种新型的犁耕起地来非常有力,使传统的交叉耕耘法失去了 作用。 这种新型的十字型耕犁改变了整个农业生活的结构。十字 型耕犁很沉重,需要把8头耕牛编成一组才能带动。既然没有 任何农户拥有这么多耕牛,那就必须把牛集中起来共同使用。 同样重要的是,使用新式犁以后再把土地划成私人占有的小块 就不合算了。这种又大又沉的耕犁最适合在大片空地上使用。 这两个原因使集体耕种成了北欧封建领地大部地区的基本模 式 到公元9世纪,十字型耕犁已被引入欧洲大陆许多地区。 由于它特别适合耕种河谷地区的肥沃土地,因而导致了大片低 地森林的毁灭,因为人口不断增长使越来越多的森林被开发成 为耕地。 十字型耕犁问世以后,又出现了两项新的技术。在北欧的 一些土壤肥沃地区,人口的增长不断加快,这就迫使收成也必 须相应地增长。三熟循环制就这样取代了传统的两熟制。两熟 制让一半耕地休闲以恢复土壤的肥力,而三熟循环制却只让三 分之一的土地休闲。后者有几个优点。首先生产力提高了三分 之一,其次耕耘总量又减少了九分之一。当然,这种近期内增 加收成的做法只是加快了土壤肥力的消耗。通过土地使用率的 提高,三熟制加快了土壤能量的耗散过程以及熵的过程 三熟制还使马匹代替耕牛成了可能。马的工作速度是牛的 两倍,但除了草之外它还要吃谷物。由于采用三熟制而增加的 耕地提供了能用来喂养用于耕地的马匹所需的剩余燕麦。但在 有效地使用马来耕地之前,人们还必须完成三项技术改进。到 公元11世纪,现代的马轭已开始使用,铁制的马蹄已经发明 那种一前一后纵列套马的方法也日趋完善。这三项技术使马队 能拖动更重的十字犁,从而使耕种的速度大大加快
g6 古罗马的旧式扒犁不够坚固，耕不动欧洲肥沃但又沉重的 土壤。到 6 世纪中期，斯拉夫农民开始使用一种更结实的新式 犁。这种十字型的犁有轮子和两片刀刃。它装有“一刃竖直的 刀片用来开沟，一把水平的犁头，以及一块模板用来翻土”。 这种新型的犁耕起地来非常有力，使传统的交叉耕耘法失去了 作用。 这种新型的十字型耕犁改变了整个农业生活的结构。十字 型耕犁很沉重，需要把 8 头耕牛编成一组才能带动。既然没有 任何农户拥有这么多耕牛，那就必须把牛集中起来共同使用。 同样重要的是，使用新式犁以后再把土地划成私人占有的小块 就不合算了。这种又大又沉的耕犁最适合在大片空地上使用。 这两个原因使集体耕种成了北欧封建领地大部地区的基本模 式。 到公元 9 世纪，十字型耕犁已被引入欧洲大陆许多地区。 由于它特别适合耕种河谷地区的肥沃土地，因而导致了大片低 地森林的毁灭，因为人口不断增长使越来越多的森林被开发成 为耕地。 十字型耕犁问世以后，又出现了两项新的技术。在北欧的 一些土壤肥沃地区，人口的增长不断加快，这就迫使收成也必 须相应地增长。三熟循环制就这样取代了传统的两熟制。两熟 制让一半耕地休闲以恢复土壤的肥力，而三熟循环制却只让三 分之一的土地休闲。后者有几个优点。首先生产力提高了三分 之一，其次耕耘总量又减少了九分之一。当然，这种近期内增 加收成的做法只是加快了土壤肥力的消耗。通过土地使用率的 提高，三熟制加快了土壤能量的耗散过程以及熵的过程。 三熟制还使马匹代替耕牛成了可能。马的工作速度是牛的 两倍，但除了草之外它还要吃谷物。由于采用三熟制而增加的 耕地提供了能用来喂养用于耕地的马匹所需的剩余燕麦。但在 有效地使用马来耕地之前，人们还必须完成三项技术改进。到 公元 11 世纪，现代的马轭已开始使用，铁制的马蹄已经发明， 那种一前一后纵列套马的方法也日趋完善。这三项技术使马队 能拖动更重的十字犁，从而使耕种的速度大大加快
十字型耕犁、三熟循环制以及马匹的使用,大幅度地提高 了现有土地的生产能力,并激励人们去开发更大面积的土地 公元9~13世纪的农产品剩余,导致了人口的急剧增长。人口 的增长反过来又迫使人们过度开发已有的耕地,并且毁灭了更 多的森林。每一个熵的重要分界线到来之前总要出现的那种恶 性循环已经开始。技术的进一步完善增加了能量流通和人口的 数量,加快了熵的过程。到14世纪中叶,一个熵的分界线终 于到来了。人口的增长超过了能源基础所能承受的程度。土壤 侵蚀和木材短缺严重地威胁着西欧和北欧人民的生活。到12 世纪,欧洲的部分地区引进了风车(水车使用更加普遍),从 而挽救了本来已不能再使用的土地。但这么一来森林更加减 少,人口更加增长。 虽然林地的不断开发大大减少了有用木材的贮备,但真正 导致木材恐慌的却是高度发达的商业活动。新兴的玻璃和肥皂 工业需要大量的草木灰,然而对木材需求最大的是制铁工业和 造船业。到16世纪和17世纪初叶,英国木材危机已经十分严 重,结果成立皇家委员会来管理森林的砍伐。委员会的条例无 济于事。与15世纪末期的木材价格相比,17世纪30年代的木 材价格上升了两倍半。 人们用来解决木材危机的办法是煤炭。但它不仅是一种能 源基础代替另一种的简单问题。既然欧洲的所有文化已被统一 在一种以木材能源为基础的生活方式之下,那么这个变化就必 然导致整个生活方式的急剧变化。人们的生产、衣着、旅行等 行为方式,以及政府的统治形式,都经历了天翻地覆的变化。 这场危机是在13世纪亨利二世时代的英国爆发的。纽卡 斯尔城的木柴告罄,有人活活冻死。于是国王恩准百姓改用煤 作为能源。 教皇皮厄斯二世于15世纪记录下了他出访苏格兰时的情 景。他吃惊地发现衣衫褴褛的贫民排在教堂门口“接受教堂施 舍的黑色石块,然后心满意足地离去。他们燃烧这些黑色石块, 来代替他们国家所缺乏的木材”。到1700年,煤开始取代木
g6 十字型耕犁、三熟循环制以及马匹的使用，大幅度地提高 了现有土地的生产能力，并激励人们去开发更大面积的土地。 公元 9～13 世纪的农产品剩余，导致了人口的急剧增长。人口 的增长反过来又迫使人们过度开发已有的耕地，并且毁灭了更 多的森林。每一个熵的重要分界线到来之前总要出现的那种恶 性循环已经开始。技术的进一步完善增加了能量流通和人口的 数量，加快了熵的过程。到 14 世纪中叶，一个熵的分界线终 于到来了。人口的增长超过了能源基础所能承受的程度。土壤 侵蚀和木材短缺严重地威胁着西欧和北欧人民的生活。到 12 世纪，欧洲的部分地区引进了风车（水车使用更加普遍），从 而挽救了本来已不能再使用的土地。但这么一来森林更加减 少，人口更加增长。 虽然林地的不断开发大大减少了有用木材的贮备，但真正 导致木材恐慌的却是高度发达的商业活动。新兴的玻璃和肥皂 工业需要大量的草木灰，然而对木材需求最大的是制铁工业和 造船业。到 16 世纪和 17 世纪初叶，英国木材危机已经十分严 重，结果成立皇家委员会来管理森林的砍伐。委员会的条例无 济于事。与 15 世纪末期的木材价格相比，17 世纪 30 年代的木 材价格上升了两倍半。 人们用来解决木材危机的办法是煤炭。但它不仅是一种能 源基础代替另一种的简单问题。既然欧洲的所有文化已被统一 在一种以木材能源为基础的生活方式之下，那么这个变化就必 然导致整个生活方式的急剧变化。人们的生产、衣着、旅行等 行为方式，以及政府的统治形式，都经历了天翻地覆的变化。 这场危机是在 13 世纪亨利二世时代的英国爆发的。纽卡 斯尔城的木柴告罄，有人活活冻死。于是国王恩准百姓改用煤 作为能源。 教皇皮厄斯二世于 15 世纪记录下了他出访苏格兰时的情 景。他吃惊地发现衣衫褴褛的贫民排在教堂门口“接受教堂施 舍的黑色石块，然后心满意足地离去。他们燃烧这些黑色石块， 来代替他们国家所缺乏的木材”。到 1700 年，煤开始取代木
材成为英国的能源基础。不到150年西欧许多国家也都用起煤 来 如今我们把煤取代木材看成是一个飞跃,是进步势力的巨 大胜利。可当时的人们却不是这样认为。煤在当时受到鄙视, 是劣等能源。煤很脏,带来了大量污染。1631年埃德蒙·豪斯 哀叹道:“人们只能以煤取火,殷实之家亦不例外。” 煤比木材更难开采、加工,因此把它转化到有用状态要耗 费更多的能量。这一点也可以在热力学第二定律的作用中找到 答案。世界上的有效能源不断被消耗掉,而最先消耗的总是最 容易得到的能源。后一个能源环境所依赖的能源总要比前一个 能源环境的主要能源更难获得煤的。开采和加工比树木的砍伐 更困难。而石油的开采和加工还要困难。分裂原子以获得核能 就更麻烦了。 我们一贯理所当然地认为历史进程的飞跃是由于某一个 人找到了更有效的方法。殊不知这些所谓的有效方法实际上只 是为了适应更为贫瘠、严酷、更加难于利用的能源环境而找到 的不同出路而已。就像威尔金森所提到的那样,每一种新的方 法最终需要更多的功(或能量)——一即使做功的是非人类能源 蒸汽机的发展就是一个很好的例子。 学校教员讲起工业革命时总是说:有一天一位叫詹姆 斯·瓦特的年轻天才正在他的车库或什么地方敲敲打打,忽然 发明了他称之为蒸汽机的那个小玩意儿。全世界很快就知道了 这个发明,于是一眨眼工业时代就轰轰烈烈地到来了。从来没 有人告诉我们早在公元前3世纪希腊人希洛就已经设计了一台 蒸汽机。只是因为希腊人有的是奴隶,并不需要蒸汽机来干活, 因此它只是成了宫廷玩具。且不说希腊人怎么样,让我们来看 看现代蒸汽机发展背后的真正原因。这将向我们生动地表明 重大的技术变革(而不仅仅是现有技术的改进)是由能源环境 的变化引起的 现代蒸汽机最初是用来开采煤矿的。为了获得新的煤源, 煤矿在地下被越挖越深,因此井下通风以及如何把煤块运出矿
g6 材成为英国的能源基础。不到 150 年西欧许多国家也都用起煤 来。 如今我们把煤取代木材看成是一个飞跃，是进步势力的巨 大胜利。可当时的人们却不是这样认为。煤在当时受到鄙视， 是劣等能源。煤很脏，带来了大量污染。1631 年埃德蒙·豪斯 哀叹道：“人们只能以煤取火，殷实之家亦不例外。” 煤比木材更难开采、加工，因此把它转化到有用状态要耗 费更多的能量。这一点也可以在热力学第二定律的作用中找到 答案。世界上的有效能源不断被消耗掉，而最先消耗的总是最 容易得到的能源。后一个能源环境所依赖的能源总要比前一个 能源环境的主要能源更难获得煤的。开采和加工比树木的砍伐 更困难。而石油的开采和加工还要困难。分裂原子以获得核能 就更麻烦了。 我们一贯理所当然地认为历史进程的飞跃是由于某一个 人找到了更有效的方法。殊不知这些所谓的有效方法实际上只 是为了适应更为贫瘠、严酷、更加难于利用的能源环境而找到 的不同出路而已。就像威尔金森所提到的那样，每一种新的方 法最终需要更多的功（或能量）──即使做功的是非人类能源。 蒸汽机的发展就是一个很好的例子。 学校教员讲起工业革命时总是说：有一天一位叫詹姆 斯·瓦特的年轻天才正在他的车库或什么地方敲敲打打，忽然 发明了他称之为蒸汽机的那个小玩意儿。全世界很快就知道了 这个发明，于是一眨眼工业时代就轰轰烈烈地到来了。从来没 有人告诉我们早在公元前 3 世纪希腊人希洛就已经设计了一台 蒸汽机。只是因为希腊人有的是奴隶，并不需要蒸汽机来干活， 因此它只是成了宫廷玩具。且不说希腊人怎么样，让我们来看 一看现代蒸汽机发展背后的真正原因。这将向我们生动地表明 重大的技术变革（而不仅仅是现有技术的改进）是由能源环境 的变化引起的。 现代蒸汽机最初是用来开采煤矿的。为了获得新的煤源， 煤矿在地下被越挖越深，因此井下通风以及如何把煤块运出矿
井就成了很大的问题。17世纪的煤矿还面临着另一个困难。当 煤矿挖到一定深度时,就碰上了地下水,于是人们又必然考虑 排水的问题。所有这些问题都需要有一个技术来解决。于是蒸 汽机就应运而生了。一个叫托马斯·萨弗里的人于1698年获 得了第一台蒸汽水泵的专利权。 蒸汽水泵不过是直接产生于新的煤炭能源环境的一连串 机械发明中的第一个。蒸汽水泵的发明刚刚解决了采煤问题 马上又出现了一个同样棘手的问题:如何将煤运送到分布在全 国各地的市场上去。用马车在陆地上运送十分沉重的煤不甚方 便。英国当时的大部分道路还没有铺上路面,煤车的重载会在 泥地上留下深深的车辙,一到雨天就成了泥沟,根本无法通行。 同时由于耕地奇缺,不能生产足够的庄稼来同时养活人和马 匹,于是喂养运输马匹的费用就变得日益昂贵。为此人们发明 了蒸汽机车和火车路轨来解决运输危机。与蒸汽水泵一样,蒸 汽杋车是人们用来对付新的能源环境的技术措施。蒸汽水泵和 蒸汽机车同时为接踵而至的工业时代奠定基础。 与木器时代的斧子、马匹和车辆相比,蒸汽水泵与蒸汽机 车的耗能技术要复杂得多。然而当时的能源环境也要严酷得 多。在整个历史发展过程中,科学技术的重大变化总是呈现出 日益复杂,能量消耗越来越大的趋势。每一次重大的环境变化 都趋向于采用更加稀少的能源 每一种新的环境的产生不仅意味着所需工作量的增加,而 且每一种新的技术又往往被看成是旧技术拙劣的替代。有时人 们能立刻意识到这一点,但有时人们要等到新的方法完全站住 脚后才渐渐明白过来。就拿罐头食品和盒装食品来说吧,尽管 加工食品曾在很大一段时间内被誉为更优越的食品,但,要是 今天人们能够在加工食品与新鲜食品之间作选择的话,很少有 人会挑选前者。生产加工食品要比生产传统食品需要多得多的 能量或工作量。 三、热力学第二定律(冯端冯步云)
g6 井就成了很大的问题。17 世纪的煤矿还面临着另一个困难。当 煤矿挖到一定深度时，就碰上了地下水，于是人们又必然考虑 排水的问题。所有这些问题都需要有一个技术来解决。于是蒸 汽机就应运而生了。一个叫托马斯·萨弗里的人于 1698 年获 得了第一台蒸汽水泵的专利权。 蒸汽水泵不过是直接产生于新的煤炭能源环境的一连串 机械发明中的第一个。蒸汽水泵的发明刚刚解决了采煤问题， 马上又出现了一个同样棘手的问题：如何将煤运送到分布在全 国各地的市场上去。用马车在陆地上运送十分沉重的煤不甚方 便。英国当时的大部分道路还没有铺上路面，煤车的重载会在 泥地上留下深深的车辙，一到雨天就成了泥沟，根本无法通行。 同时由于耕地奇缺，不能生产足够的庄稼来同时养活人和马 匹，于是喂养运输马匹的费用就变得日益昂贵。为此人们发明 了蒸汽机车和火车路轨来解决运输危机。与蒸汽水泵一样，蒸 汽机车是人们用来对付新的能源环境的技术措施。蒸汽水泵和 蒸汽机车同时为接踵而至的工业时代奠定基础。 与木器时代的斧子、马匹和车辆相比，蒸汽水泵与蒸汽机 车的耗能技术要复杂得多。然而当时的能源环境也要严酷得 多。在整个历史发展过程中，科学技术的重大变化总是呈现出 日益复杂，能量消耗越来越大的趋势。每一次重大的环境变化 都趋向于采用更加稀少的能源。 每一种新的环境的产生不仅意味着所需工作量的增加，而 且每一种新的技术又往往被看成是旧技术拙劣的替代。有时人 们能立刻意识到这一点，但有时人们要等到新的方法完全站住 脚后才渐渐明白过来。就拿罐头食品和盒装食品来说吧，尽管 加工食品曾在很大一段时间内被誉为更优越的食品，但，要是 今天人们能够在加工食品与新鲜食品之间作选择的话，很少有 人会挑选前者。生产加工食品要比生产传统食品需要多得多的 能量或工作量。 三、热力学第二定律（冯端冯步云）
热力学第二定律的思想萌生于卡诺,他对此作出了不朽的 建树。1850年,克劳修斯从能量守恒所提供的新的角度描述了 卡诺循环。他发现,卡诺所说的需要有两个热源和他提出的理 论效率公式,都表达出热机所特有的问题:一定要有一个对转 换进行补偿的过程(在此处,就是用接触一个低温热源的方法 进行冷却的过程),以便使热机恢复到它初始的力学状态和热 学状态。在表达能量转换的平衡关系中当然要包括两个过程 个过程是热源之间的热流,另一个是热转变为功。 在理想的卡诺循环里,做功的代价是热所付出的,这热量 从一个热源传到了另一个热源,一方面产生了机械功,另一方 面传输了热量。这两个方面所表达的结果被一个当量关系联系 起来。这个当量关系在两个方向上都是有效的。令同一个热机 倒过来工作,则它消耗所做的功的同时,可以恢复原来的温度 差。任何使用单一热源的热机都不可能被制造出来——这意味 着第二类永动机不可能实现。 卡诺和克劳修斯所提出的问题,导致对基于守恒和补偿的 理想热机的描述。然而,新的科学不仅要求描述理想化的过程, 而且要描述自然本身。这样就使人们有机会提出并接触一些新 问题,例如能量损耗的问题。开尔文很快就抓住了该问题的重 要意义,并在1851年提出了 “不可能从单一热源吸取热量,使之完全变为有用功而不 产生其他影响。” 这一表述就是历史上称之为“热力学第二定律的开尔文说 法”。当然,这里所说“单一热源”是指温度均匀并且恒定不 变的热源。这容易理解,若不是如此,那实际上就相当于有若 干个热源了,工作物质可由热源中温度较高的一部分吸热而向 热源中温度较低的另一部分放热;而所指的其他影响则是除了 由单一热源吸热全部转化为功以外的其他任何(包括系统与环 境)变化 由开尔文的说法,我们又一次看到了卡诺所发现的热机, 必须工作于两个热源之间的结论蕴含的原则性意义
g6 热力学第二定律的思想萌生于卡诺，他对此作出了不朽的 建树。1850 年，克劳修斯从能量守恒所提供的新的角度描述了 卡诺循环。他发现，卡诺所说的需要有两个热源和他提出的理 论效率公式，都表达出热机所特有的问题：一定要有一个对转 换进行补偿的过程（在此处，就是用接触一个低温热源的方法 进行冷却的过程），以便使热机恢复到它初始的力学状态和热 学状态。在表达能量转换的平衡关系中当然要包括两个过程： 一个过程是热源之间的热流，另一个是热转变为功。 在理想的卡诺循环里，做功的代价是热所付出的，这热量 从一个热源传到了另一个热源，一方面产生了机械功，另一方 面传输了热量。这两个方面所表达的结果被一个当量关系联系 起来。这个当量关系在两个方向上都是有效的。令同一个热机 倒过来工作，则它消耗所做的功的同时，可以恢复原来的温度 差。任何使用单一热源的热机都不可能被制造出来──这意味 着第二类永动机不可能实现。 卡诺和克劳修斯所提出的问题，导致对基于守恒和补偿的 理想热机的描述。然而，新的科学不仅要求描述理想化的过程， 而且要描述自然本身。这样就使人们有机会提出并接触一些新 问题，例如能量损耗的问题。开尔文很快就抓住了该问题的重 要意义，并在 1851 年提出了： “不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不 产生其他影响。” 这一表述就是历史上称之为“热力学第二定律的开尔文说 法”。当然，这里所说“单一热源”是指温度均匀并且恒定不 变的热源。这容易理解，若不是如此，那实际上就相当于有若 干个热源了，工作物质可由热源中温度较高的一部分吸热而向 热源中温度较低的另一部分放热；而所指的其他影响则是除了 由单一热源吸热全部转化为功以外的其他任何（包括系统与环 境）变化。 由开尔文的说法，我们又一次看到了卡诺所发现的热机， 必须工作于两个热源之间的结论蕴含的原则性意义