我读丨《能量与文明》：能量在历史发展中的作用
能量或能源史在1990年代以前主要是科技史研究关注的领域。科技史研究在发展进程中逐渐形成了两条分析路径，分别是内史和外史。所谓内史，就是从学科内部的演进建构科技史的脉络和框架；所谓外史，就是从促进科技发展的外部因素着手建构大科技史，即把科技和社会经济政治融为一体的历史。显然，前者似乎更专业化，主要是由对学科史感兴趣的科技人员编撰的，读者主要是专业人员；后者似乎更通识化，主要是由对科技史感兴趣的历史学者编撰，主要面向大众读者。应该说，这两种取向各有利弊。进入1990年代后，环境史学者开始关注能源史研究，最直接的动因来自对环境污染的深层次探究。现代环境污染和生态破坏都与科技存在密不可分的关系，化石能源的利用在其中发挥着明显的、重要作用。温室气体排放主要是由燃烧化石能源造成的，毁林和生物多样性损失通过借助于化石能源驱动的链锯和运输工具得以愈演愈烈。然而，能源史并不是只有化石燃料的发掘和使用，向前追溯是肌力、畜力、风力和水力的使用，向后延展是核能和可再生能源的使用。与此相应，历史和文明也在不断升级和进化。于是，能量或能源与历史和文明发展的关系史就成为环境史关注的重点。2006年，第一代环境史学家中最具世界眼光的杰出代表阿尔弗雷德.克罗斯比出版了《人类能源史：危机与希望》，简明扼要地回顾了能源史发展的三个阶段，即太阳的赏赐、化石能源时代和第三个千年之交的能源，指出我们现在的生活方式是不正常的和不可持续的，面对能源的有限性或即将失去太阳能量的载体，我们或许能够从历史中得到走出困境的启示。从英文版书名看，作者显然想表达两个意思，一是人类是太阳之子，深受太阳的恩惠，因为一切能源都来自太阳；二是人类对能源的贪婪，正是这种过度利用打造了文明，也种下了文明发生危机的种子。从中外文书名的差异可以看出对能源史的不同理解和立场。2017年，专研能源史的瓦克拉夫·斯米尔出版了集大成的著作《能量与文明》，从纵向和横向两个方面立体分析了能量与文明的复杂关系，解构了一些约定俗成的常识。然而，与克罗斯比的书一样，斯米尔的书名的中英文也呈现出不同。斯米尔书的英文版有个副标题——“一部历史”，但中文版并没有翻译出来。这反映了斯米尔实际上想从历史的角度探讨能量与文明的关系，或者说，他把能量与文明的关系历史化了，即通过对不同历史阶段的特点的比较，从纵向上把握能量与文明的关系；同时在第七章通过横向比较展示这种关系的复杂性。
历史编撰最主要的方法是叙述。在叙述中建构历史发展过程，传递对历史的认识和解释，进而启发读者汲取历史的经验教训。但是，能源史的编撰除了采用叙述方法之外，还需要定量分析，从而把历史认识建立在坚实、客观的基础上，甚至能够校正先前流传的一些似是而非的或者错误的结论。进行定性分析之前，需要确定可以一以贯之的标准或指标。标准的设定需要兼顾科学和历史两个方面，前者在科技研究中已经相对比较成熟，后者需要从历史进程中进行提炼，需要兼顾先发工业化国家和发展中国家。另外，这些标准不能单独使用，因为它只代表某个单项或方面，需要与其它标准合作进行综合分析。这样才能克服对历史进行片面分析的弊端，进而形成既忠实于历史又超越具体历史的深刻认识。在《能量与文明》中，作者相继使用了能量密度、功率密度、能量强度、能量成本、能量回报率等标准，对人类使用能量的效率进行了量化测算和比较，进而改变了一些传统认识。例如，在传统的能源史研究中，形成了几次能源转换的基本认识和框架，但经过多标准的综合衡量，发现并没有在先前认定的明确时间点上发生能量替换，相反这些转变都经历了长期的过程。在肌力为主的时代，畜力所占份额逐渐增多；在化石能源逐渐成为主导的时代，肌力和畜力并没有立即退出历史舞台，相反，却与化石能源一起共同推动了新文明的诞生和发展；在向可再生能源过渡的时代，化石能源也不可能像人们想象的那样，轻而易举地退出历史舞台，相反，这不但是一个长期的过程，而且各种能源还会相互交织并存，因为能源成本与功率密度并不能与能量密度、能量强度保持一致，因为能源成本还会受到技术闭锁和路径依赖的影响。只有把量化衡量标准和历史因素相结合才能体现能源与文明之间的复杂关系。
能量的流动、存储与控制受制于热力学定律，文明的发展同样也遵循热力学定律，但是，文明的演进还有自己的独特规律。在寻找能量与文明演进关系的共性时，不能走到另一个极端，即忽略文明的特性。热力学第一定律表明能量守恒，第二定律表明能量在转换过程中会损失，即熵值增加。文明史的演进当然是利用能量的结果，也无法冲破宇宙能量所限定的范围，但是，在能量转换推动文明进化过程中，并非时时刻刻都能提升能源效率，相反，能源效率往往很低。换言之，文明史在某种程度上、实际上是效率很低的历史，例如，美国的人均能源使用量很高，但能源成本和能源效率并不高，这反映出文明内部还存在着单纯用能量不能解释的发展不平衡和不平等问题。造成不平衡和不平等的原因在某种程度上与能源的分布和占有有关，但占有背后的支撑因素是经济和军事实力。进而言之，占有能源的多寡并不必然带来政治发展的民主化，事实正好相反，最富有化石能源的沙特实行的是君主制，而化石能源匮乏的韩国和日本等实行的是民主制。从这个意义上看，能源是文明发展的基础，但在把能源转换成历史发展的动力过程中，人类经济、社会、政治和思想文化都施加了不可磨灭的影响，从而促使文明走上了多样化发展道路，体现出能源与文明的关系是一致性和多样性统一的特点。
从历史的延长线上观察，人类面临的能源问题不是化石能源的枯竭，而是如何提高能源利用效率。传统的观点都认为，能源储量有限，不同国家和人群的需求几乎都在增加（发达国家增速较缓，发展中国家增速剧烈），这就产生有限供给和无限需求之间的矛盾。解决办法要么是开发核能或可再生能源，要么是抑制需求，但是，可再生能源因为开发成本太高或核能的危险性无法降低到让人放心的程度而不能成为可行的替代方案，人为降低发达国家的能源需求或阻挠发展中国家满足其利用更多能源的愿望既不可行也不人道。因此，这个方案没有可行性。不过，通过深入研究就会发现，这两种思路都没有触及问题的根本。能源史和文明史昭示，能源的有限性不是影响文明发展的最关键因素，真正关键的是如何提高各种能源的转换率。在这个过程中，既要依赖技术进步，又要改善不平等状况，使能源利用率的提升普惠众生。换言之，文明与能源的关系中出现的问题，需要主要从文明内部来解决，调整文明发展不平衡和不平等才是解决能源问题的可行之道。
斯米尔还在综合先行研究的丰富成果基础上，从能量史和文明史的视角对世界历史上的一些重要事件提出了新观点。工业革命是世界历史的一个重要分水岭，主张地球历史已经进入人类世的保罗·克鲁岑甚至还以瓦特发明蒸汽机作为划分人类世和全新世的金钉子。实际上，无论从蒸汽机的发明和应用过程来看，还是从工业中肌力和畜力的占比以及化石能源的利用来看，都不能以1769年瓦特通过重新设计将蒸汽机变得更为实用作为工业革命的起点。实际上，蒸汽机的改进和使用是与采煤业相互促进、共同发展的。直到19世纪80年代早期，蒸汽机才代替生物原动力（肌力、畜力、水车和风车）成为工业化的主要原动力，化石能源代替生物质能源成为工业化的主要能源基础。从这个意义上看，工业革命最先就是一个局部的、局限性很强的历史现象，其影响只触及棉纺织业、采煤和炼铁等少数产业，其它领域基本上还停留在前现代状态，因此，把那时称之为工业革命名不副实，把英国19世纪的经济增长归因于蒸汽机的使用更是错误的认识。另外，中国在能源史、科技史和文明史上留下了若干难解之谜。例如，在汉代，中国发明了许多利用畜力、风力和水力的新技术，领先了千年之久；在宋代，中国出现了“早期的工业革命”，用煤冶铁的技术和产量都高居世界首位；在明代初期，中国的航海技术和实践独步天下。然而，这些技术进步都没有产生全局性的变革，原因在于能源利用的新技术发明只有在合适的经济和社会环境中才能发挥应有的作用。没有强烈的经济需要和宽松的社会氛围，新生事物的成长和扩散都难以想象。进而言之，并不是能源富集的地区就能迅速转向能源高收益利用，也不是能源短缺的地区就一定能创立能源成本节约型经济和文明。作为经济和文明发展基础的能源，发挥作用的过程非常复杂，许多非能源因素都参与其中，并发挥了重要作用。从这个意义上说，“研究能源史，功夫在能源之外”，能源与文明的历史关系仍是一个需要进一步探索的重要领域。
撰写历史、尤其是自古至今的历史，没有分期是不可想象的。传统的历史分期、能源史分期以及文明史分期，都既有合理性又存在这样或那样的问题，而且也不大适合于研究能量与文明的关系史。但是，《能量与文明：一部历史》的分期并不明朗。如果说第一章“能量与社会”是引子、第七章“世界历史中的能量”是综论，那么第二章至六章就是该书的主体。其标题分别是：史前时代的能量；传统农业；前工业社会的原动力和燃料；化石燃料、初级电力和可再生能源；化石燃料文明。显然，无法从这些标题中观察到一个统一的分期标准和时间连续性，而这正是阅读此书时给人以内容丰富但线索不清的印象的问题所在。
文明是相对于野蛮而言的，是历史发展到一定阶段的产物。文明包括物质文明和精神文明等，能源与物质文明的关系相对比较直接，也容易理解，但能源与精神文明的关系并不那么直接，也不易理解。斯米尔并没有对后者做出与它的重要性相符的论述，只是提到脑力劳动和思考的新陈代谢成本与剧烈的肌肉运动相比是非常小的，但要支撑心理发育和技能习得需要大量的间接能量投入。毫无疑问，能源与精神文明的关系史不但更为复杂和隐蔽，也是具有重要意义的、需要进一步探讨的问题。
在能源转型中，环境发挥了重要作用。在肌力、畜力、风力和水力时代，环境位置限制着文明发生和扩展的方位；在化石能源和电力时代，位置不再重要，但环境问题愈演愈烈，对地球环境系统造成的危害迫使人类不得不寻找环境友好型能源（可再生能源）及其高效利用方式。显而易见，化石能源燃烧带来的环境问题是促使能源转型的重要力量，但该书仅仅用了三页来讨论环境影响，这无论怎么看都显得有点轻描淡写。其实，环境问题不仅仅造成了对人体的损害，还对经济和社会发展产生了严重负面影响，也引发了遍及全球的环境主义运动，从更广泛意义上推动着文明转型。从这个意义上说，能源与环境的关系问题应该成为深入探讨能源与文明的关系史中的一个重点。
总之，能源是文明发展史中的一个牵一发而动全身的因素，能源与文明的关系史相当复杂，值得深入探索。斯米尔的《能量与文明》对其进行了历史化处理，呈现了能源与多种非能源因素之间错综复杂的关系，勾勒了能源与文明协同演化的全貌。虽然还有一些重要问题需要进一步深化认识，但该书是研究能源史、能源与文明的关系史、文明史时绕不过去的重要著作。