新能源概述

新能源又称非常规能源。是指传统能源之外的各种能源形式。指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。

分类新能源的各种形式都是直接或者间接地来自于太阳或地球内部伸出所产生的热能。包括了太阳能、风能、生物质能、地热能、核聚变能、水能和海洋能以及由可再生能源衍生出来的生物燃料和氢所产生的能量。也可以说，新能源包括各种可再生能源和核能。相对于传统能源，新能源普遍具有污染少、储量大的特点，对于解决当今世界严重的环境污染问题和资源（特别是化石能源）枯竭问题具有重要意义。同时，由于很多新能源分布均匀，对于解决由能源引发的战争也有着重要意义。

据世界断言，石油，煤矿等资源将加速减少。核能、太阳能即将成为主要能源。

联合国开发计划署（UNDP）把新能源分为以下三大类：大中型水电；新可再生能源，包括小水电（Small-hydro）、太阳能（Solar）、风能（Wind）、现代生物质能（ ）、地热能（）、海洋能（Ocean）（潮汐能）；传统生物质能（ ）。

一般地说，常规能源是指技术上比较成熟且已被大规模利用的能源，而新能源通常是指尚未大规模利用、正在积极研究开发的能源。因此，煤、石油、天然气以及大中型水电都被看作常规能源，而把太阳能、风能、现代生物质能、地热能、海洋能以及核能、氢能等作为新能源。随着技术的进步和可持续发展观念的树立，过去一直被视作垃圾的工业与生活有机废弃物被重新认识，作为一种能源资源化利用的物质而受到深入的研究和开发利用，因此，废弃物的资源化利用也可看作是新能源技术的一种形式。

新近才被人类开发利用、有待于进一步研究发展的能量资源称为新能源，相对于常规能源而言，在不同的历史时期和科技水平情况下，新能源有不同的内容。当今社会，新能源通常指核能、太阳能、风能、地热能、氢气等。

按类别可分为：太阳能 风力发电 生物质能 氢能 垃圾发电 建筑节能 地热能 二甲醚 可燃冰等。

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新能源概况

据估算，每年辐射到地球上的太阳能为17.8亿千瓦，其中可开发利用500～1000亿度。但因其分布很分散，目前能利用的甚微。地热能资源指陆地下5000米深度内的岩石和水体的总含热量。其中全球陆地部分3公里深度内、150℃以上的高温地热能资源为140万吨标准煤，目前一些国家已着手商业开发利用。世界风能的潜力约3500亿千瓦，因风力断续分散，难以经济地利用，今后输能储能技术如有重大改进，风力利用将会增加。海洋能包括潮汐能、波浪能、海水温差能等，理论储量十分可观。限于技术水平，现尚处于小规模研究阶段。当前由于新能源的利用技术尚不成熟，故只占世界所需总能量的很小部分，今后有很大发展前途。

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常见新能源形式概述

太阳能

太阳能一般指太阳光的辐射能量。太阳能的主要利用形式有太阳能的光热转换、光电转换以及光化学转换三种主要方式

广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能等由太阳能导致或转化成的能量形式。

利用太阳能的方法主要有：太阳电能池，通过光电转换把太阳光中包含的能量转化为电能；太阳能热水器，利用太阳光的热量加热水，并利用热水发电等。

太阳能可分为3种：

1.太阳能光伏光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，由几乎全部以半导体物料(例如硅)制成的薄身固体光伏电池组成。由于没有活动的部分，故可以长时间操作而不会导致任何损耗。简单的光伏电池可为手表及计算机提供能源，较复杂的光伏系统可为房屋照明，并为电网供电。 光伏板组件可以制成不同形状，而组件又可连接，以产生更多电力。近年，天台及建筑物表面均会使用光伏板组件，甚至被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分，这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统。

2.太阳热能现代的太阳热能科技将阳光聚合，并运用其能量产生热水、蒸气和电力。除了运用适当的科技来收集太阳能外，建筑物亦可利用太阳的光和热能，方法是在设计时加入合适的装备，例如巨型的向南窗户或使用能吸收及慢慢释放太阳热力的建筑材料。

3.太阳光合能：植物利用太阳光进行光合作用，合成有机物。因此，可以人为模拟植物光合作用，大量合成人类需要的有机物，提高太阳能利用效率。

核能

核能是通过转化其质量从原子核释放的能量，符合阿尔伯特·爱因斯坦的方程E=mc^2;，其中E=能量，m=质量，c=光速常量。核能的释放主要有三种形式：

A.核裂变能

所谓核裂变能是通过一些重原子核（如铀-235、铀-238、钚-239等）的裂变释放出的能量

B.核聚变能

由两个或两个以上氢原子核（如氢的同位素—氘和氚）结合成一个较重的原子核，同时发生质量亏损释放出巨大能量的反应叫做核聚变反应，其释放出的能量称为核聚变能。

C.核衰变

核衰变是一种自然的慢得多的裂变形式，因其能量释放缓慢而难以加以利用

核能的利用存在的主要问题：

（1）资源利用率低

（2）反应后产生的核废料成为危害生物圈的潜在因素，其最终处理技术尚未完全解决

（3）反应堆的安全问题尚需不断监控及改进

（4）核不扩散要求的约束，即核电站反应堆中生成的钚-239受控制

（5）核电建设投资费用仍然比常规能源发电高，投资风险较大

海洋能

海洋能指蕴藏于海水中的各种可再生能源，包括潮汐能、波浪能、海流能、海水温差能、海水盐度差能等。这些能源都具有可再生性和不污染环境等优点，是一项亟待开发利用的具有战略意义的新能源。

波浪发电，据科学家推算，地球上波浪蕴藏的电能高达90万亿度。目前，海上导航浮标和灯塔已经用上了波浪发电机发出的电来照明。大型波浪发电机组也已问世。我国在也对波浪发电进行研究和试验，并制成了供航标灯使用的发电装置。将来的世界，每一个海洋里都会有属于我们中国的波能发电厂。波能将会为我国的电业作出很大贡献。

潮汐发电，据世界动力会议估计，到2020年，全世界潮汐发电量将达到1000-3000亿千瓦。世界上最大的潮汐发电站是法国北部英吉利海峡上的朗斯河口电站，发电能力24万千瓦，已经工作了30多年。中国在浙江省建造了江厦潮汐电站，总容量达到3000千瓦。

风能

风能是太阳辐射下流动所形成的。风能与其他能源相比，具有明显的优势，它蕴藏量大，是水能的10倍，分布广泛，永不枯竭，对交通不便、远离主干电网的岛屿及边远地区尤为重要。

风力发电，是当代人利用风能最常见的形式，自19世纪末，丹麦研制成风力发电机以来，人们认识到石油等能源会枯竭，才重视风能的发展，利用风来做其它的事情。

1977年，联邦德国在著名的风谷--石勒苏益格-荷尔斯泰因州的布隆坡特尔建造了一个世界上最大的发电风车。该风车高150米，每个浆叶长40米，重18吨，用玻璃钢制成。到1994年，全世界的风力发电机装机容量已达到300万千瓦左右，每年发电约50亿千瓦时。

生物质能

生物质能来源于生物质，也是太阳能以化学能形式贮存于生物中的一种能量形式，它直接或间接地来源于植物的光合作用。生物质能是贮存的太阳能，更是一种唯一可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态或气态的燃料。地球上的生物质能资源较为丰富，而且是一种无害的能源。地球每年经光合作用产生的物质有1730亿吨，其中蕴含的能量相当于全世界能源消耗总量的10-20倍，但目前的利用率不到3%。

生物质能利用现状

2006年底全国已经建设农村户用沼气池1870万口，生活污水净化沼气池14万处，畜禽养殖场和工业废水沼气工程2,000多处，年产沼气约90亿立方米，为近8000万农村人口提供了优质生活燃料。

中国已经开发出多种固定床和流化床气化炉，以秸秆、木屑、稻壳、树枝为原料生产燃气。2006年用于木材和农副产品烘干的有800多台，村镇级秸秆气化集中供气系统近600处，年生产生物质燃气2,000万立方米。

地热能

地球内部热源可来自重力分异、潮汐摩擦、化学反应和放射性元素衰变释放的能量等。放射性热能是地球主要热源。我国地热资源丰富，分布广泛，已有5500处地热点，地热田45个，地热资源总量约320万兆瓦。

氢能

在众多新能源中，氢能以其重量轻、无污染、热值高、应用面广等独特优点脱颖而出，将成为21世纪最理想的新能源。氢能可应用于航天航空、汽车的燃料,等高热行业。

海洋渗透能

如果有两种盐溶液，一种溶液中盐的浓度高，一种溶液的浓度低，那么把两种溶液放在一起并用一种渗透膜隔离后，会产生渗透压，水会从浓度低的溶液流向浓度高的溶液。江河里流动的是淡水，而海洋中存在的是咸水，两者也存在一定的浓度差。在江河的入海口，淡水的水压比海水的水压高，如果在入海口放置一个涡轮发电机，淡水和海水之间的渗透压就可以推动涡轮机来发电。

海洋渗透能是一种十分环保的绿色能源，它既不产生垃圾，也没有二氧化碳的排放，更不依赖天气的状况，可以说是取之不尽，用之不竭。而在盐分浓度更大的水域里，渗透发电厂的发电效能会更好，比如地中海、死海、我国盐城市的大盐湖、美国的大盐湖。当然发电厂附近必须有淡水的供给。据挪威能源集团的负责人巴德·米克尔森估计，利用海洋渗透能发电，全球范围内年度发电量可以达到16000亿度。

水能

水能是一种可再生能源，是清洁能源，是指水体的动能、势能和压力能等能量资源。广义的水能资源包括河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量资源；狭义的水能资源指河流的水能资源。是常规能源,一次能源。水不仅可以直接被人类利用，它还是能量的载体。太阳能驱动地球上水循环，使之持续进行。地表水的流动是重要的一环，在落差大、流量大的地区，水能资源丰富。随着矿物燃料的日渐减少，水能是非常重要且前景广阔的替代资源。目前世界上水力发电还处于起步阶段。河流、潮汐、波浪以及涌浪等水运动均可以用来发电。

可以利用电解水分子和光以及化学分解水分子的方式，来分解到可燃烧的氢气，它可作为新的，多用途的能源来替代现有的矿物质能源。水分子的分解过程简而易行，投资少见效快。这给水能的综合利用带来了广泛的前景，在地球上，水是一种到处可见的液态物质。通过水的分解装置，制备出氢燃料，可用于汽车，航天航空，热力发电等工业和民用方面，在较大的程度上，缓解了人类对矿物质资源的过分依赖。

新能源的发展现状和趋势

部分可再生能源利用技术已经取得了长足的发展，并在世界各地形成了一定的规模。目前，生物质能、太阳能、风能以及水力发电、地热能等的利用技术已经得到了应用。

国际能源署（IEA）对2000～2030年国际电力的需求进行了研究，研究表明，来自可再生能源的发电总量年平均增长速度将最快。IEA的研究认为，在未来30年内非水利的可再生能源发电将比其他任何燃料的发电都要增长得快，年增长速度近6%在2000～2030年间其总发电量将增加5倍，到2030年，它将提供世界总电力的4.4%，其中生物质能将占其中的80%。

目前可再生能源在一次能源中的比例总体上偏低，一方面是与不同国家的重视程度与政策有关，另一方面与可再生能源技术的成本偏高有关，尤其是技术含量较高的太阳能、生物质能、风能等据IEA的预测研究，在未来30年可再生能源发电的成本将大幅度下降，从而增加它的竞争力。可再生能源利用的成本与多种因素有关，因而成本预测的结果具有一定的不确定性。但这些预测结果表明了可再生能源利用技术成本将呈不断下降的趋势。

我国政府高度重视可再生能源的研究与开发。国家经贸委制定了新能源和可再生能源产业发展的“十五”规划，并制定颁布了《中华人民共和国可再生能源法》，重点发展太阳能光热利用、风力发电、生物质能高效利用和地热能的利用。近年来在国家的大力扶持下，我国在风力发电、海洋能潮汐发电以及太阳能利用等领域已经取得了很大的进展。

新能源（或称可再生能源更贴切）主要有：太阳能、风能、地热能、生物质能等。生物质能在经过了几十年的探索后，国内外许多专家都表示这种能源方式不能大力发展，它不但会抢夺人类赖以生存的土地资源，更将会导致社会不健康发展；地热能的开发和空调的使用具有同样特性，如大规模开发必将导致区域地面表层土壤环境遭到破坏，必将引起再一次生态环境变化；而风能和太阳能对于地球来讲是取之不尽、用之不竭的健康能源，他们必将成为今后替代能源主流。

太阳能发电具有布置简便以及维护方便等特点，应用面较广，现在全球装机总容量已经开始追赶传统风力发电，在德国甚至接近全国发电总量的5%-8%，随之而来的问题令我们意想不到，太阳能发电的时间局限性导致了对电网的冲击，如何解决这一问题成为能源界的一大困惑。

风力发电在19世纪末就开始登上历史的舞台，在一百多年的发展中，一直是新能源领域的独孤求败，由于它造价相对低廉，成了各个国家争相发展的新能源首选，然而，随着大型风电场的不断增多，占用的土地也日益扩大，产生的社会矛盾日益突出，如何解决这一难题，成了我们又一困惑。

早在2001年，MUCE就为了开拓稳定的海岛通信电源而开展一项研究，经过六年多研究和实践，终于将一种成熟的新型应用方式MUCE风光互补系统向社会推广，这种系统采用了我国自主研制的新型垂直轴风力发电机（H型）和太阳能发电进行10：3地结合，形成了相对稳定的电力输出。在建筑上、野外、通信基站、路灯、海岛均进行了实际应用，获得了大量可靠的使用数据。这一系统的研究成果将为我国乃至世界的新能源发展带来了新的动力。

新型垂直轴风力发电机（H型）突破了传统的水平轴风力发电机启动风速高、噪音大、抗风能力差、受风向影响等缺点，采取了完全不同的设计理论，采用了新型结构和材料，达到微风启动、无噪音、抗12级以上台风、不受风向影响等性能，可大量用于别墅、多层及高层建筑、路灯等中小型应用场合。以它为主建立的风光互补发电系统，具有电力输出稳定、经济性高、对环境影响小等优点，也解决了太阳能发展中对电网冲击等影响。

随着能源危机日益临近，新能源已经成为今后世界上的主要能源之一。其中太阳能已经逐渐走入我们寻常的生活，风力发电偶尔可以看到或听到，可是它们作为新能源如何在实际中去应用？新能源的发展究竟会是怎样的格局？这些问题将是我们在今后很长时间里需要探索的。

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新能源的环境意义和能源安全战略意义

我国能源需求的急剧增长打破了我国长期以来自给自足的能源供应格局，自1993年起我国成为石油净进口国，且石油进口量逐年增加，使得我国接入世界能源市场的竞争。由于我国化石能源尤其是石油和天然气生产量的相对不足，未来我国能源供给对国际市场的依赖程度将越来越高。

国际贸易存在着很多的不确定因素，国际能源价格有可能随着国际和平环境的改善而趋于稳定，但也有可能随着国际局势的动荡而波动。今后国际石油市场的不稳定以及油价波动都将严重影响我国的石油供给，对经济社会造成很大的冲击。大力发展可再生能源可相对减少我国能源需求中化石能源的比例和对进口能源的以来程度，提高我国能源、经济安全。

此外，可再生能源与化石能源相比最直接的好处就是其环境污染少。

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未来的几种新能源

波能：即海洋波浪能。这是一种取之不尽，用之不竭的无污染可再生能源。据推测，地球上海洋波浪蕴藏的电能高达9×104TW。近年来，在各国的新能源开发计划中，波能的利用已占有一席之地。尽管波能发电成本较高，需要进一步完善，但目前的进展已表明了这种新能源潜在的商业价值。日本的一座海洋波能发电厂已运行8年，电厂的发电成本虽高于其它发电方式，但对于边远岛屿来说，可节省电力传输等投资费用。目前，美、英、印度等国家已建成几十座波能发电站，且均运行良好。

可燃冰：这是一种甲烷与水结合在一起的固体化合物，它的外型与冰相似，故称“可燃冰”。可燃冰在低温高压下呈稳定状态，冰融化所释放的可燃气体相当于原来固体化合物体积的100倍。据测算，可燃冰的蕴藏量比地球上的煤、石油和天然气的总和还多。

煤层气：煤在形成过程中由于温度及压力增加，在产生变质作用的同时也释放出可燃性气体。从泥炭到褐煤，每吨煤产生68m3气；从泥炭到肥煤，每吨煤产生130m3气；从泥炭到无烟煤每吨煤产生400m3气。科学家估计，地球上煤层气可达。

微生物：世界上有不少国家盛产甘蔗、甜菜、木薯等，利用微生物发酵，可制成酒精，酒精具有燃烧完全、效率高、无污染等特点，用其稀释汽油可得到“乙醇汽油”，而且制作酒精的原料丰富，成本低廉。据报道，巴西已改装“乙醇汽油”或酒精为燃料的汽车达几十万辆，减轻了大气污染。此外，利用微生物可制取氢气，以开辟能源的新途径。

第四代核能源：当今，世界科学家已研制出利用正反物质的核聚变，来制造出无任何污染的新型核能源。正反物质的原子在相遇的瞬间，灰飞烟灭，此时，会产生高当量的冲击波以及光辐射能。这种强大的光辐射能可转化为热能，如果能够控制正反物质的核反应强度，来作为人类的新型能源，那将是人类能源史上的一场伟大的能源革命。

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旧燃料新能源

旧能源新效率无热引擎出新路：索罗斯投资（投机）新能源的另解

发动机效率趋向100%的旧燃料新能源

氢能、风能、太阳能、海洋能、生物质能和核聚变能……新能源的方式，只是能量利用多步骤中前移的一环。而被忽视，潜力巨大的发动机或做功原理、观念的革新更是未来能源开发的第一大方向！

现在的能量利用效率不高，浪费惊人。经典的热机做功方式，能量做功的有用效率只有25%（1/4），最高也就1/3（33.3%）.而100%能量中的75%（3/4）、或66.67%（2/3）都作为无用的热浪费掉了。另有意外，“班克斯热机”是利用记忆合金制成的不要燃料，不耗电力的高效发动机。

热机做功的原理是燃料产热=微观粒子的无序运动。这个热运动，平均说三维空间上每个方向的能量各占1/3，而热机做有用功的也就三维方向中的一个方向维度。其他二维方向上的能量只好作为废热浪费掉！

几十年前已经开始冷落的“绝热发动机”没有象“古典热机原理”预测的那样提升发动机的效率。证明古典热力学机理模型有了问题！而且是大问题！热机出口温度与入口温度的比不是决定发动机效率的关键因素！

“绝热”显然已经不是提高热机效率的好创意。原因何在？源自“新热力学发动机原理”！“无热发动机”。当热已经产生，无序运动已经出笼，魔兽就控制不住了！引擎的效率被这1/3或1/4极限桎梏住了。陶瓷“绝热”只是没有诊断对的“错方”，用错药就是必然。

当旧能源（包括新能源）没有产热，新引擎100%做功才会成为可能！也就是旧、新能源微观做有序的一维的运动，发动机的效率才能回归100%，浪费的2/3或3/4能源才可引尔能发，不向或少向环境排泄废热，污染环境，节约大自然的资源！

充分利用好旧能源，为新能源的完美浮出打好前站，做好基础！

青藏高原发现可燃冰至少350亿吨油当量

中国国土资源部总工程师张洪涛先生2009年09月25日在北京介绍，中国地质部门在青藏高原发现了一种名为可燃冰(又称天然气水合物)的环保新能源，预计十年左右能投入使用。 在当天的新闻发布会上，张洪涛说，这是中国首次在陆域上发现可燃冰，使中国成为加拿大、美国之后，在陆域上通过国家计划钻探发现可燃冰的第三个国家。他介绍，初略的估算，远景资源量至少有350亿吨油当量。

可燃冰是水和天然气在高压、低温条件下混合而成的一种固态物质，具有使用方便、燃烧值高、清洁无污染等特点，是公认的地球上尚未开发的最大新型能源

所有的恒星最终都会变成核废料 99思维模型：熵一自然界一切定律中的最高定律

“大爆炸宇宙论”认为：在137亿年前，宇宙是由一个致密炽热的奇点一次大爆炸后膨胀形成的。奇点是体积无限小，密度无限大，温度无限高，时空曲率无限大的点。

爆炸之初，物质只能以中子、质子、电子、光子和中微子等基本粒子形态存在。宇宙爆炸之后的不断膨胀，导致温度和密度很快下降。随着温度降低、冷却、逐步形成原子、原子核、分子，并复合成为通常的气体。气体逐渐凝聚成星云，星云进一步形成各种各样的恒星和星系，最终形成我们如今所看到的宇宙。

1964年，美国贝尔电话公司的彭齐斯和威尔逊在装配卫星通讯天线时发现总有一种原因不明的“噪声”干扰。他们发现这是一种消除不掉的噪声辐射，相当于3.5K的温度。这种辐射不可能来自任何特定的辐射源，只能是一种宇宙辐射。后来，普林斯顿大学的迪克与他们共同确认这种宇宙背景辐射就是“原始火球”的残余辐射。这样，宇宙背景辐射就为大爆炸说提供了有力的依据。

那么，宇宙从温度无限高的状态，到最后会不会变成所有的地方温度都一样呢？宇宙的最终状态是什么呢？

1、熵增原理

1864年，德国物理学家鲁道夫·克劳修斯首次提出熵的概念，用来表示任何一种能量在空间中分布的均匀程度，能量分布得越均匀，熵就越大。一个体系的能量完全均匀分布时，这个系统的熵就达到最大值。在克劳修斯看来，在一个系统中，如果听任它自然发展，那么，能量差总是倾向于消除的。让一个热物体同一个冷物体相接触，热物体将冷却，冷物体将变热，直到两个物体达到相同的温度为止。

熵增原理就是热力学第二定律。在热力学中，熵是用来说明热运动过程的不可逆性的物理量，反映了自然界出现的热的变化过程是有方向性的，是不可逆的。

1889年波尔兹曼在研究气体分子运动过程中，用统计的方法来研究气体的行为时，对熵首先提出了微观解释，后经普朗克·吉布斯进一步研究，解释更为明确，他们认为，在由大量粒子（原子、分子）构成的系统中，熵就表示粒子之间无规则的排列程度，或者说表示系统的混乱程度，越“乱”，熵就越大；越有序，熵就越小。

自然界是由物质和能量组成的。热力学第一定律是能量守恒定律，第二定律是熵增定律。

这两个定律告诉我们： 宇宙的能量总和是个常数，总的熵是不断增加的。

宇宙中的能量总和一开始便是固定的，而且永远不会改变。这也就是说我们既不能创造能量，也不能消灭能量。我们能做的只是把能量从一种状态转化为另一种状态。世界上的一切都是由能量所生产的。世间万物的形态、结构和运动都不过是能量的不同聚集与转化形式的具体表现而已。一个人、一幢大楼、一辆 汽车 或一叶青草，都体现了从一种形式转化为另一种形式的能量。高楼拔地而起，青草的生产，都耗费了在其它地方聚集起来的能量。

比如我们烧掉一块煤，它的能量虽然并没有消失，但却经过转化随着二氧化硫和其它气体一起散发到空间中去了。虽然燃烧过程中能量并没有消失，但我们却再也不能把同一块煤重新烧一次来做同样的功了。热力学第二定律解释了这个现象。它告诉我们每当能量从一种状态转化到另一种状态时，我们会“得到一定的惩罚”。这个惩罚就是所谓的熵。

达尔文的进化论和熵理论是同一 历史 时期的两个重大科学发现，都对科学的发展起到了重大的推动作用，但是两者却事物演化规律上存在着矛盾。达尔文的进化论推翻了“神创论”和“物种不变论”和“跃变论”，《物种起源》是进化论的代表作，“物竞天择，适者生存”是大自然的演化密码，推动着物种从低级到高级，从简单到复杂，从无序到有序。这样的现象不是违背了“熵增定律”吗？

奥地利著名物理学家，量子力学创始人薛定谔于1944年在《生命是什么》一书中，从物理学家的眼光审视和研究了细胞，最后提出负熵的概念及其与生物生长进化的关系。在这本书中提出了他著名的论断：“生物赖以负熵为生”。他认为：一个生命有机体是在不断地熵增，当熵增到最大值的时候，那就是死亡。要摆脱死亡，就必须活着，唯一的办法就是从环境里不断汲取负熵去抵消体内正熵的增加，所谓负熵是指生命体通过吃、喝、呼吸等环节可使体内的熵减少，生物学上叫“新陈代谢”，只有通过输入“负熵”，输出“正熵”，才能保持身体的平衡，才能维持自己的有序状态，避免退化到无序的死亡状态。

薛定谔的对生命的解释，让科学家们终于也承认生命与世界上其它东西一样，也不能逃避熵定律的铁掌。哈罗德·布卢姆在一本叫《时光之箭与进化》的书中写道：“有机体的生长所体现的熵的微小的、局部的递减，都伴随着宇宙总熵的更大范围的熵增。”也就是，所有生物的存在都必须靠消耗食物来维持生命，而排泄物就是“正熵”，从短期来看，存在生态链的循环，如果把尺度拉到足够大，从长期来看，宇宙的总熵是增加的，最终趋于最大熵“热寂”状态（热平衡）。当然人类只是地球的过客，对于宇宙来说可有可无，只不过是宇宙缝隙中偶然盛开的一朵奇葩，短时间之内太阳和地球上的能量是可以满足人类需求的。

薛定谔的负熵理论连接了生物学与物理学对进化观点的鸿沟，并吸引了相当一部分物理学家在40年之后转而研究生命科学，开创了生物学研究的新局面。

根据熵定律，在一个封闭的系统里，如果没有外来的能量，世界万物最终都会朝熵值增加的方向发展，所以世界最终会变成一锅粥，一锅均匀且完全无序的稀粥，一个死寂的、没有能量转换和运动的绝对冰冷世界。但在现实的世界里，处处充满了生机勃勃的生命，一派生机盎然的景象。是什么样的物种和结构挑战了熵增定律呢？它们是以什么样的组织结构来对抗熵增呢？

比利时物理学家普利高津提出了“耗散结构理论”对抗熵增的理论，详细的解释了系统对抗熵增的原理，在1977年获得了诺贝尔化学奖。如果说薛定谔的负熵链接了物理学和生物学的鸿沟，那么耗散结构理论就是对负熵理论的升华。

1、什么是耗散结构

一个远离平衡态的非线性的开放系统（不管是物理的、化学的、生物的乃至 社会 的、经济的系统）通过不断地与外界交换物质和能量，在系统内部某个参量的变化达到一定的阈值时，通过涨落，系统可能发生突变即非平衡相变，由原来的混沌无序状态转变为一种在时间上、空间上或功能上的有序状态。这种在远离平衡的非线性区形成的新的稳定的宏观有序结构，由于需要不断与外界交换物质或能量才能维持，因此称之为“耗散结构”。

普利高津的耗散结构理论是建立在对热力学第二定律的研究基础之上的。他将宏观系统分为三种类型。

一是孤立系统 。它是与周围环境不产生物质和能量交换的系统，这种系统的运作服从于热力学第二定律，随着时间的持续趋于平衡，热力学的平衡态指的就是熵增最大化的死寂状态。和我们经常讲的经济平衡和身体平衡是两个概念。生命体的平衡是能量和物质交换的平衡，不是热力学上的热平衡态，所以大家千万不要混淆这两个概念。

二是封闭系统 。它与外界环境交换能量，不交换物质。总体上看，其宏观系统近乎孤立系统，其运行状态从长时期看也遵从热力学第二定律。例如地球就是一个封闭系统，地球只和太阳交换能量，没有和其它星球交换物质，偶尔来一个流星雨，到地球也变成了少量的陨石；有时，卫星被送入空间，除此之外，进入、离开地球的物质数量非常少。所以地球是一个封闭系统，最终会走向灭亡。

三是开放系统 。它既与外界交换能量，又与外界交换物质。生物系统、经济系统、 社会 系统、城市等都属于开放系统。例如生命体通过吃喝、呼吸、排泄，通过耗散结构完成与外界环境的能量和物质交换，保证自己远离平衡态。

只有耗散结构才能够对抗熵增所带来的死寂。耗散结构是如何对抗熵增的呢？

1、系统必须开放

只有开放系统才能够和外界进行物质和能量的交换。例如细胞、动物、植物还有城市，都是开放系统。植物通过吸收土壤中的养分和来自太阳的能量，进行光合作用获得成长，来对抗熵增。动物通过吃喝以及呼吸来获得能量，维持身体的成长。城市通过开放，汲取外部能量，才能够有序的运转。如果生物体是封闭的，很快就会熵增致死。

2、引入高品质负熵流

任何一个生命体必须引入负熵来对抗熵增。生命需要摄入高品质的负熵才能保持 健康 。例如：人类只有吃 健康 的食物才能保持身体的 健康 ，而如果吃蝙蝠、果子狸等野生动物，就可能被病毒感染，导致传染性肺炎，最终害人害己。同理，一个国家、一个 社会 、一个企业只有引入优秀的人才，才能对抗混乱和无序。如果引入毒贩、恐怖分子等坏人，就会加快组织的混乱和无序。

3、保持熵增和熵减的平衡

再高质量的负熵流都不能过度摄入，要保持摄入的负熵能够对抗熵增的量度，保持熵减和熵增的平衡才能保证系统的有效运行。例如：人类如果过度摄入负熵流，就会导致肥胖，肥胖是人体为了对抗饥饿而对脂肪的存储，而现代 社会 基本已经消灭饥饿，所以脂肪的增加对人体是不利的。为了身体的 健康 ，必须散出去，通过 体育 锻炼来消耗掉，不然就会导致各种各样的肥胖病。物理学认为，人的疾病都是过多的熵在体内排不出来，如果积累过多，就会导致疾病发生，这就是生物体的“新陈代谢”，摄入能量和排出废物的平衡才能保证身体 健康 。

1、熵与生态

任何一个生物要想生存，必须消耗能量。人类也不例外，人类的文明发展是建立在对能量的利用之上的，第一次农业革命，能源供给主要靠人力、畜力以及自然力水力、风力等。

第二次工业革命，能源供给主要为煤、石油和天然气等矿物能源。这些矿物能源是不能再生的，总有一天会消耗殆尽。如果农业革命的能源供给是地球的利息，而工业革命的能源供给就是在吃地球的老本，而老本总有一天要吃光的。世界自然基金会和联合国环境计划署，在2000年联合发表的地球生态报告中指出：“人类若依照目前的速度继续消耗地球资源，那未来所有的自然资源会在2075年前耗光”。

生物通过从周围环境摄取能量，能够朝着与熵的过程相反的方向发展。这种能量的最终来源是太阳。一切动植物依靠太阳而生存，有些直接依靠太阳，比如进行光合作用的植物，而有些又是间接依靠太阳，比如食草动物和食肉动物。

贝特兰·罗素说过：“每一个生命物体都仿佛一个帝国主义者，它竭尽全力要把它所处的环境的能量转化到它自身以及它的后代身上去。”在这个掠夺能源的过程中，每一个生命都在耗费着能量。植物通过光合作用从阳光中汲取负熵。在光合作用时，只有小部分太阳能被吸收利用，其余都耗散了。植物体内熵的减少是很小的，而整个环境能量的损失是巨大的。

在整个生态系统里，无数个生物形成一个食物生态链，而生态链的维持需要消耗更多的能量，并且会形成更大的熵增。化学家G·泰勒·米勒用一个非常简单的食物链例子来说明这个问题。这个食物链由草、蚱蜢、青蛙、鲑鱼以及人类组成。根据热力学第一定律，能量是不会减少的，然而根据第二定律，食物链的每一个环节都会把有效能量转化为无效能量，因此使整个系统损失更大的秩序。

生态系统中的每一个环节，如蚱蜢吃掉青草，青蛙吃掉蚱蜢，鲑鱼又吃掉青蛙，都要损失一定的能量。米勒指出，在弱肉强食的过程中，“大约有80％—90％的能量被完全浪费并以热量形式损失在环境中了”。被吸收的能量中只有10％—20％留在肉食动物的身体里，被转化到了食物链的下一个环节。想一想为了使一个生物种类不致陷入最大值的熵，那需要多少个比它低一等的生物个体啊。“一个人每年需要吃掉300条鲑鱼，这些鲑鱼要吃掉90000只青蛙，这些青蛙要吃掉2700万只蚱蜢，而这些蚱蜢要吃掉1000吨青草。”

因此，要想维持一个人的“秩序”状态，每年就要耗费1000吨青草所蕴藏的能量。而青草需要消耗多少土壤来提供它所需要的矿物质和水分呢？虽然阳光短期对于地球来说是免费的，但是土壤的矿物质是有限的，一旦消耗殆尽就很难恢复的。就像现在的农田里，必须施肥才能长庄稼，如果没有肥料，庄稼的产量是极低的。

所以地球上的每一个生物的熵减有序状态都是建立在对环境的熵增污染基础之上的。

我们以为生物进化就是进步。然而我们发现，越是高级的生物，消耗的能量就越多，它给宇宙带来的混乱也就越大。

如何才能延缓地球的熵增呢？

第一、尽量提高对外来能源（水力、风力、光能、潮汐能）的利用率 。太阳能几乎是地球惟一的外来能源，表现为水能、风能和光能，每秒为地球输送的能量为（太瓦，1012瓦），相当于每秒燃烧500万吨煤。还有一项外来能源是引力能（表现为潮汐能），其实也是太阳提供的。试想一下，如果未来每一座大厦，每一栋房子，每一辆车、每一块玻璃都可以通过太阳能转化成电能，并且能够自给自足，那将会节约多少石油和煤炭？

第二、尽量提高地球上矿物能源的使用“效率”。 例如：炼钢厂需要燃烧大量的煤炭，煤炭在燃烧的过程中，为炼钢厂提供了能量，但是大部分转化为污染物废水，废气，废料。这些污染物对生态的破坏是极大的，导致土地寸草不生，河流鱼虾灭绝。

除了煤炭之外，还有石油和核能源，在利用的过程中都会产生很多的废料，尤其是核废料，至今没有一个绝对安全的处理办法，它们或被埋在深海，或被埋在稳定地层中，都是顾了今天不顾明天的不负责任的做法。核废料的衰变期很长，从几千年到几十亿年，可以说，当人类把它们从潘多拉魔盒中放出来之后，就再也无法把它们重新囚禁起来了。

所以矿物能源总量有限，需要提高利用效率，废物利用，才能够降低地球的熵增，才能维护好人类的共同家园。

第三、从外星球获取能源。

随着人类对宇宙的 探索 ，或许能够从外星系找到新能源，为人类提供能量。如果真的能够规模的低成本的和外星球进行物质交换，那么地球将不再是一个封闭系统，由于人类的存在，地球将向开放的系统演进。当然这只是一种想象 。

2、熵与 社会

（1） 社会 开放与人才流动

任何一个 社会 如果处于封闭状态，就很容易落后。 历史 的发展充分证明了这一点，在农耕文明时代，基本上是300年为一个周期进行王朝的迭代，所有的新兴王朝刚刚执政的时候，都是开放的，官用贤，将用能，人才上下流动频繁，而一旦王朝地位巩固，就会出现阶层固化，官僚体系臃肿的状态，在人才使用上更是沾亲带故，任人唯亲，最后是变成庸人治国，一潭死水，熵增致死。

秦王朝能够统一六国，靠的就是善于用人，很多将军和谋士都是外国人，而其它国家阶层固化官僚严重，导致很多优秀的人才流失。

清王朝的闭门锁国导致了我们近200年的落后。改革开放让中国再次腾飞，重新回归世界大舞台。邓小平通过改革开发，打开国门，建立开放的耗散结构 社会 系统，让物质和能量自由流动，促进城市和国外的的负熵流入，来对抗 社会 的熵增，复兴了中国的强大。中国最有活力的地方是深圳，因为深圳95％以上的人口都是移民。优秀的移民可以为城市的发展注入负熵流，让城市发展更有活力。全世界最有活力的地方就是美国，美国聚集着来自全世界的优秀移民。美国最有活力的地方是西海岸，因为那里是新移民最多的地方，例如洛杉矶、旧金山等。

所以 社会 的发展和进步必须要依赖负熵流入，才能对抗 社会 的熵增，只有建立开放的耗散结构，才能远离平衡态，让 社会 充满活力。

（2） 社会 规范与利益平衡

人类 社会 要获得负熵最大化，不仅要“开源”，而且要“节流”，人类个体的生存和发展需要争夺和消耗负熵，这是一种生命本能，但这种争夺和消耗必然会对 社会 产生熵增， 社会 熵增既不利于 社会 系统的维持和发展，也不利于 社会 个体的生存和发展。于是，人类 社会 逐渐形成了各种禁忌、宗教、道德、法律等大量 社会 规范，这些 社会 规范的主要功用是抑制 社会 熵增，通过倡导节约寡欲、抑恶扬善、友善谦和、大公无私、公平正义等理念，来控制欲望、调和竞争以维持 社会 良性秩序状态，从而降低个体活动对 社会 造成的熵增，在个人利益与集体利益、短期利益与长期利益之间进行平衡。

3、熵与企业

企业也是一个系统，企业系统演化的主要矛盾就是管理熵增和管理熵减的矛盾，企业如果不够开放，就不能够输入负熵流，就会导致熵增加。华为的任正非把“熵”概念引入企业，建立了负熵的组织，帮助企业充满了活力。

一方面，华为通过企业的厚积薄发、人力资源的水泵实现远离平衡的耗散结构特性，使企业逆向做功，让企业从无序混乱转向有序发展。

另一方面，华为通过企业的开放合作、人力资源的开放实现耗散结构的开放性，从模型的入口和出口吐故纳新、吸收宇宙能量，为企业带来有序发展的外部动能。

整个华为公司就是遵循这样的熵减机制，通过建立耗散结构，把旧的技能、旧的思想吐掉；把新的开放、打破平衡和负熵因子引进来，进而实现吐故纳新。

企业之所以能从衰老中走向新生，都是熵减的效果。只有通过构建耗散结构，开放引入负熵流，才能远离平衡态，不断的吐故纳新，自我颠覆，才能够重新为客户创造价值。

4、熵与人生

（1）物质熵

大自然赋予每个生物的使命是生存和繁衍，人类也不例外，人类所有的文化创造都是为了更好的生存。为了更好的生存，我们创造了越来越多的财富，于是我们开始肆无忌惮的消费，吃要吃的新奇特，甚至吃蝙蝠。穿要穿野生动物的皮毛。用要名贵的器物，这种无节制的物欲满足最终不会给人类带来幸福，只会让你的心灵更加空虚，只会加速地球的熵增。只有回归简单，节制生活，才能够利己利人利 社会 。

乔布斯、巴菲特、查理芒格都是亿万富豪，却过着非常简朴的生活。物欲的过度满足只会浪费 社会 能量，还会让自己肥胖和空虚，不利于自己身心 健康 。所以我们每个人要学会“断舍离”，追求简单朴实的生活，平衡人与自然的关系，克制自己的对物欲的过度追求，才能活出生命的意义。就像宗教所倡导的一样：“人生的最终目的不是满足一切物欲，而是要和自然和谐统一”。

（2）信息熵

自然界由物质、能量、信息、时间、空间五大要素有机而又复杂的构成，人类通过感知、认识、分析、积累、传承来认知自然和改造自然。人类通过观察从大数据中发现有价值的信息，再把信息整合成知识，用知识去改造世界。信息就是客观事物状态和运动特征的表现形式，是数据按照有意义的方式关联排列的结果，通过信息人类能够对大自然进行认识，信息越多，越真实，认识可能就越准确。

信息论的创始人香农将信息定义为“信息是用来消除随机不确定性的东西，是事物运动状态或存在形式的不确定性的描述”。香农引用了热力学的熵，首次提出了“信息熵”概念，意指信息流混乱程度的物理量。一个系统越是有序，信息熵就越低；反之，一个系统越是混乱，信息熵就越高。

现在是一个信息大爆炸的时代，在大数据的海洋里，能否获取有价值的信息，能否进行高效的计算和处理，决定了一个人或者一个组织的能力。

从个人的角度讲，根据信息熵的相关规律来看，一个人所拥有的知识越多，吸收的知识也就越多，对于同一个信息源，拥有知识越多的人，就越能够从其中获得知识。如果把自己放在一个封闭的环境中，对新知识、新信息不闻不问，也不接受的话，那么就会导致知识老化，这也就意味着信息熵随之增大了。为了防止知识老化、智力降低，就要不断地从外界吸收新知识，并对新知识加以整理，以结构化的方式储存在自己的大脑里。就像查理芒格先生提出的“格栅理论”一样，把重要学科重要思维模型结构化的放在自己的思维格栅里。

从组织的角度讲，能否获取市场有价值的新信息，新知识，通过数据建模对未来进行分析研判，做出领先市场的行为，决定了企业的成败。在人工智能时代，大数据、算法、计算速度三件武器是组织致胜的法宝。在计算速度方面人类已经有了突破性进展，谷歌的量子计算机就是一个颠覆性的产品，可以200秒完成目前世界上最快的计算机1万年的任务，未来将能够承担细胞、DNA密码的破解这种极高难度的任务（细胞的破解计算远远高于宇宙飞船的计算量），必将对世界产生巨大的改变。

未来的世界是复杂的，信息是海量的，在信息时代的取胜法宝是： 超强学习力＋高质量的信息＋算法模型＋量子计算机。

（3）精神熵

《心流》一书的作者米哈里教授认为，我们每天接受了太多的资讯，大脑里面充满了混乱和无序，这就是“精神熵”，无数个念头就跟分子一样，时刻万马奔腾，胡乱发散，当熵增的时候，大脑里无数个念头在相互冲突，在争夺你的注意力，在抢夺你大脑的控制权。这个时候，你的大脑就像热锅里的气体一样，各个念头之间没有什么束缚和联系，各自向不同的方向扩散，你的内心一片混乱，熵值非常高。当熵减的时候，大脑里面的念头向一个方向迈进，变得井然有序，心理能量就围绕着同一个主题组织起来，向同一个方向高效率地输出。此时我们思路清晰，头脑清醒。全情投入，沉浸在当下的体验中，从而实现“心流”。

米哈里说“精神熵增大是常态”，当精神熵比较高的时候，在一片混乱下，很多心理能量都浪费在内耗上了。对抗精神熵增大的方法就是获得“心流”，一旦进入心流状态，人们就会获得最佳状态，例如我们在阅读、打坐和冥想时，此时心里的熵值降到最低，一切纷扰念头都销声匿迹，只剩下你和当前的活动时，那种心灵如同冰晶般通透、念头如同雪水般畅流，忘掉了所有的一切，完全沉浸在当下，从而获得心流体验。

热力学定律为世界上一切物质活动的开展提供了整体的科学框架。用诺贝尔化学奖获得者弗雷德里克．索迪的话来说，热力学定律“最终控制着政治制度的兴盛与衰亡，国家的自由与奴役，商务与实业的命脉，贫困与富裕的起源，以及人类总的物质福利”，人类所参与的每一项物质活动都受着热力学第一、第二定律的严密制约。

爱因斯坦说“熵理论对于整个科学来说是第一法则”。熵定律是一个令人肃然起敬的概念。我们的客观世界有朝一日将完成他的路程而停止存在。然而，我们却不愿接受这样一个事实，可是熵定律告诉我们，整个世界是暂时的。在有限的世界中，我们体会到了自身的脆弱；因为世界的本质是脆弱的，我们的本质也是脆弱的。

世界正在熵增，这是大自然的法则，他为我们带来了一种新的世界观，让我们放下傲慢，走下神坛，因为人类无论多么强大，都逃不过熵增的铁律。人类要生存，唯一的希望就是放弃对地球的掠夺，去适应自然秩序。打败我们的不是软弱，而是傲慢。只有当我们承认世界的有限性时，我们才能真正领会到地球的珍贵。才能具备敬畏之心，才能领略生命的意义。

参考资料

《熵：一种新的世界观》