人的脉搏中流淌的是血，国民经济命脉中流淌的则是石油。未来20年世界油价将如何变化？人类的进步能否跟上石油危机的速度？如何在石油危机时代把握先机？如果石油都已耗尽，地球气候会变得怎样？我们有没有可能不靠石油存活下去？人类文明的驱动力是什么？如何运作？…… 在本书中，美国加州理工学院物理学教授戴维·古德斯坦解释了我们面临的不可抗拒的矿物燃料危机的基本科学原理以及与此相关的地球气候的危险状况。

在20世纪．人类发展的文明，所根植的信念是廉价石油将无限供应。这种信念即将破灭，这种破灭比人们想象的来得快得多，也许就在这十年内发生。任何一个还记得1973年发生的那场暂时性的、人为的石油短缺的人，都会猜测得到当石油真的开始耗竭时会有什么样的事情发生。

在本书中，美国加州理工学院物理学教授戴维·古德斯坦解释了我们面临的不可抗拒的矿物燃料危机的基本科学原理以及与此相关的地球气候的危险状况。包括石油在内的任何一种资源的发现，开初时都是快速增长，但这种发现速率最终都会达到一个再也不会被超越的峰值，之后就会一直减缓下去。20世纪50年代，当美国的军事和经济势力因它是全世界石油生产的领头羊而兴起时，一位名叫M·金·哈伯特的地球物理学家意识到石油发现的高峰期已经过去，因而作出预测：美国本土的48个州的石油生产将在1970年前后达到它的最高点，然后就会快速下降。几乎使每一个人都感到惊奇的是，他的预测结果原来是正确的。而今，许多石油地质学家已经指出，全世界范围内的石油发现，早在数十年前就已经达到了顶峰。当油田继续枯竭下去，包括采用新的石油勘探和开采技术在内的新发现不能再保持上升势头，全球范围内的“哈伯特峰值”的影子就会朦胧地出现在我们的眼前。

然而，当每桶石油的价格提高到足够高时，是否可以用其他的矿物燃料来取代它呢？如果我们把大自然给我们创造的全部矿物燃料都烧光了，将会给我们的气候造成什么样的后果？是否有可能在矿物燃料都没有了的情况下，我们的文明还能够继续存在下去？对这些问题作出的回答，将会决定我们的命运。虽然我们还不知道这些问题的全部答案，但我们已经了解了这些答案建立在其上的相当简单明了的科学原理。

我们不可能改变自然规律。但是，如果我们能明智地面对未来，我们就必须知道哪些事情是这些自然规律所允许的。这本书写的就是关于这些简单明了的基本原理。

引言

第一章 预见未来

第二章 能量“神话”和能量简史

第三章 便利生活的开端与效应

第四章 文明的推动与后作力

第五章 解除石油危机的当务之急

后记 回到未来

鉴于石油和天然气对本书的主题十分重要，因此将它们作为例子。石油和天然气都是由碳氢化合物构成的，也就是说，是具有不同的氢和碳的原子数的分子结合在一起构成的。如果将它们和氧——或者空气(其中含有20％的氧)——混合在一起．形成结合得更紧密的化合物是可能的。氢原子可以从它们的分子中分离出来，并与氧紧密地结合在一起生成水，它是一种很稳定的分子。余以类似，碳可以同氧化合形成二氧化碳，它也是很稳定的。当一个分子很稳定，换言之，非常紧密地结合在一起时，它就只有很少的或者没有更多的势能释放出来。由于水和二氧化碳分子具有比燃料分子低得多的势能，许多能量都以热量形式被消耗掉。这就像燃料燃烧时发生的事情一样。但是，如果仅仅是将它和空气混合在一起，它是不会燃烧的。在原子没有重新结合成更有利的化合物之前，燃料分子必须是不受约束的。使燃烧过程开始，必须有一定的热量。这就是你的小汽车中的火花塞所需要的东西，也就是为什么要用一根火柴来点火的原因。一旦开始燃烧起来，过程就会产生出大量的热量以使燃烧继续进行下去。

原子核也具有势能。在元素周期表上，所有比铁轻的元素。其原子核都可以和其他原子核重新结合在一起，而新原子核的数量会比其成分原子核的总数量少，也就是说，最后形成的原子核在静止不动时，其质量数会比任何其成分原子核的质量数大，但比它的成分原子核的静质量总和要小。失去的质量通常都变成热能，这点符合爱因斯坦的著名公式。另一方面，比铁重的原子核会发生分裂，也会留下其总静质量较低的产物。按照爱因斯坦公式，一个原子核过剩的静质量，是势能的一种形式。铁原子核具有的核势能要比元素周期表上的任何一种元素都低。

当轻核参与反应时，其过程叫聚变。聚变反应提供了太阳的能量和氢弹的能量。我们还不知道如何在地球上的反应堆中利用这种核反应。当重核发生分裂时，这种过程叫裂变。它是在最早的原子弹中发生的那种反应类型，同时也是目前使用的所有人工核反应堆中采用的那种类型。

电的使用对我们的生活是如此之重要．如果不讨论电能问题，那么关于能源问题的讨论都是不完整的。最后，还有一种其他的能量形式，它对我们讨论的能源问题来说是至关重要的，那就是辐射能。这种能量是从太阳上发射出的，在空虚的太空中经过9300万英里的路程到达地球上。我们将在第三章中转而对这些问题和地球的气候问题进行讨论。

        P055-P056

    引言

全世界用传统方法生产的廉价石油，过不了多久就会逐渐用尽。如果我们能够想出办法，通过将能源问题的包袱转嫁给煤和天然气这另外两种重要的矿物燃料的话，人们的生活还可以照往常一样继续下去，直到本世纪末将地球上的所有矿物燃料都用完为止。到时候我们把所有的矿物燃料都烧光了，就很可能使地球变得不再适合人类生存。即使人类的生命还会延续下去，但现有的文明就将不复存在，除非我们能找到一种没有矿物燃料也能生存下去的办法。

从技术层面上讲，这一点是有可能做到的。电厂可以靠核能或太阳能发电。这些能源的一部分可以用来生产氢燃料或者为用于交通运输的先进的电池充电。当然还会有一些重大的技术问题需要解决，然而大部分科学原理我们是已经了解的，而且人类很擅长于解决技术上的问题。实际上，如果我们将注意力集中到这方面去的话，从现在起我们就可以开始去尝试改掉依赖矿物燃料的习惯，保护地球的气候不再受到进一步的伤害，为我们的子孙后代节约矿物燃料，作为他们将来生产化工产品用的原料。现在我们使用的90％的有机化学物质——药品、农用化学制品和塑料都是用石油作原料制造的；将石油作原料使用，要比将它烧掉更好。要想改变观念，需要世界政治领导人的远见卓识和勇气。看来，我们还没有这样好的福气。  在所有的矿物燃料中，迄今对我们来说最重要的是石油。早在远古时代，由于在地球表面的自然渗出现象，人们就知道了有石油存在。在中东和美洲生活的古代人，把石油用于医学、军事和其他的目的。譬如，人们认为可以将它当作一种轻泻剂使用。(请不要在家里作这样的尝试！)在公元前480年波斯入围攻雅典期间，就使用了在石油中浸泡过的炽烈燃烧的箭。但是，一般来说，当时对石油的需求很少，在19世纪以前使用得也不多。

19世纪初，由于城市中心区的扩展，使得有必要寻找更好的照明工具。有一段时期，人们用鲸鱼油灯来达到这一目的，因而捕鲸便成为一项重要的产业。然而到了19世纪中叶，鲸鱼的数量变得稀少起来。从煤中提炼出来的煤油得到了广泛的应用，但是，还需要一种比鲸鱼油更好的代用品。一名以前在纽约和纽黑文铁路上工作过的列车员埃德温·德雷克(Edwin L.Drake)，在宾夕法尼亚州西北部的提图斯维尔(Titusville)附近渗漏出石油的地方钻出了世界上的第一口油井。过了不久，煤一石油精炼厂加工出了廉价的石油以取代煤。后来，在1861年德国企业家尼古拉斯·奥托(NikolausOtto)发明了第一台烧汽油的发动机(见第四章)，石油作为一种燃料的需求便很快增长起来。在以后数十年中，石油在全世界被发现，并且从油田中开采出来。自从E·L·德雷克钻出了第一口油井以来，全球大约发现了50000个油田。

20世纪50年代，壳牌石油公司的一名地球物理学家M·金·哈伯特(M King Hubbert)曾经预言：在美国，石油能从油井中开采出来的速率，将大约在1970年前后达到一个峰值，之后就会快速下降。当时，他的这一预言并没有被他的同辈人很好地接受，但是事实证明他是对的。1970年，美国每天的石油开采量大约为900万桶，达到了峰值，并从此开始下降。目前，美国每天的石油开采量已经下降到不足600万桶。现在的石油公司都一般采用哈伯特的方法来预测石油未来的产量。

近年来，一些石油地质学家把哈伯特的技术用来预测全球的石油供应前景。他们每个人采用的是不同的数据、不同的假定和稍微不同的方法，但他们作出的回答都是相当类似的。他们认为，全世界的哈伯特峰值将在不久出现，很可能就在这10年内。有一些德高望重的地质学家并不赞同这种预测，而且他所依据的数据也受到非议。尽管如此，哈伯特的追随者们成功地得出了一个关键的结论：根据任何矿源的资料，全世界的石油供应量将从零增加到一个峰值，以后将会一直下降。

有人说，全世界有足够的石油，可以再维持40年或40年以上的需要，然而这种看法几乎可以肯定地说是错误的。当我们用完自然界为我们造成的石油的一半时出现的峰值(见第一章)要比这来得快得多。当峰值出现吋，日益增长的需求将面临曰益减少的供应，可能会引起灾难性的后果。我们在1973年就已经尝到过这种后果的苦头。当时一些中东国家利用削减对美国的石油供应，来制造一种暂时性的人为石油短缺，引起的直接后果是：美国人在加油站门口排长队，并伴之以产生了对美国生活方式的恐慌和失望。而在哈伯特峰值出现之后，石油短缺将不再是人为的，也不再是暂时性的。

但在这种不利的情况下，也有人看到了一线曙光。自从“工业革命”开始以来，由于烧矿物燃料的结果，人类已向大气层中排放了大量的CO2和其他的温室气体。科学家们确信，其后果是引起全球温度升高，而且这种趋势还会继续下去，并且可能还会加速。哈伯特峰值是否能够拯救我们以免毁掉我们的地球呢？

地球的气候处于一种脆弱的、不稳定的状态，这可能是由于生命本身造成的。原始生物曾向大气层充氧，并使大量的碳沉降下来形成煤和其他的矿物燃料。如果我们在哈伯特峰值出现之后改为大量地烧煤，于是地球上的所谓智慧生命就会重新将碳和氧转化成CO2。我们不能准确地预言，这会对我们造成什么样的影响，但有一种可能，这将会使地球变成一个完全不同的状态。金星就处于这样一种状态：由于一种巨大的温室气体效应，使它的表面温度高到足以使铅熔化。

一些经济学家认为，我们不必担心石油的耗尽，因为当这种情况发生时，石油价格的提高就会使其他的燃料变得具有竞争力，而且石油将会被其他的燃料所取代。但是，正如我们在1973年领教过的那样，石油匮乏的影响是直接的和严重的，而且要想取代单是支撑美国人每天用掉2000万桶石油生产的产品的加工、分配和消费所需要的庞大的基础设施，就得花几年乃至几十年的时间。

这肯定会引起普遍的通货膨胀，因为汽油以及用石化原料制造的每一种产品和必须运输的每一样东西的价格会猛涨。这样一种通货膨胀事件，必然会带来严重的经济损失，也许会严重到使我们无法用某种其他的东西来取代全世界庞大的石油基础设施。这是一种我们不情愿去想象的前景。

核电厂是如此令人担心和引起争论，以致多年来，美国没有再建造过一座核电厂，而且有的国家(如意大利)还通过立法彻底加以禁止。当石油危机到来时，反对建设核电厂的呼声就会明显减弱。但是，一座新的核电厂投入运行，至少得花10年乃至更长的时间，而且核燃料的利用大都局限于发电厂。核能不可能轻而易举地取代石油。即使我们能够成功地改用煤和天然气，但经过满不在乎的几代人之后，人类就会耗尽地球对我们的恩赐，并且将它的气候改变到一种目前我们还难以预料的程度。要想改善这种阴暗的前景，唯一的解决办法是，学会完全依靠核能和来自太阳的阳光生存下去。我们是否有足够的聪明才智和能力来做到这一点呢？如果我们这样做，一种像我们现有的一样复杂的文明是否也能靠那些能源存在下去呢？

这些重大的问题和它们的答案，在很大程度上取决于社会和政治因素。然而，科学在其中也起着重要的作用。我们希望，如果我们聪明的话，能够改变人们的习俗，但我们却不能改变自然规律。这本小册子的内容，旨在阐明相关的自然规律，为那些并非专家的人扼要指出自然界给我们提供的机遇和限制。如果我们对这两方面都有所了解，我们就有希望用我们的智慧去推动人类社会继续向前发展。

    回到未来

45亿年前，由围绕太阳运行的原始尘云合生而成的大块岩石凝聚在一起形成了地球，它是一个在离太阳约9300万英里处的一条近圆形轨道中运行的自旋球体。单是这些事实还不能决定我们的地球的命运。地球可能变成只不过是一片结冰的荒原，将太阳投射其上的大部分阳光反射回空虚的太空中去，实际上。在它的遥远的过去的某一段时期中它正好是这样。它可能变成一个有毒的，没有生命的可怕的东西，就像它的近似的孪生兄弟金星那样，但情况并非如此，它变成了一个芬芳的花园式的行星，拥有一个富氧的大气层和许多以煤和其他矿物燃料形式储存在它的内部的碳。正是生命本身创造了全球范围内的伊甸园。

地球上的生命靠来自太阳的辐射能所编造的一出大剧来维持。这种辐射能够驱动大气层和海洋中的巨大气流与洋流，使土壤变暖，并以数干种方式来进行必然发生的熵交换，使之变成常温下的热能，最终以不可见的红外射线形成辐射出来重返太空。但是，这样的辐射能交换也在金星、火星和我们的太阳系中每一个作轨道运行的天体中发生，却没有随之孕育出生命。而今，在那45亿年中的最近的几个关键时刻，生命已变得足够的聪明，会采掘和烧矿物燃料。人类不会被从伊甸园中逐放出去，但是，我们必须终止对它的破坏。

目前，我们已遇到更多的压力和紧迫的问题。牢固植根于无限的廉价石油供应的神话之中的我们的生活方式，正在走向尽头。这种观点是否可能是错误的呢？不是有专家相信，石油时代的终结还要过几十年才会到来吗？

是的，有。我们已经讨论过美国地质调查局的研究报告．石油公司也在做它们自己的研究工作。BP公司是全世界比较向前看的主要石油公司之一。它公布了一个不仅关于石油而且也关于其他的矿物燃料、核能和可再生能源的有用信息的网址。据BP公司网址提供的信息，已知的石油储量和利用率之比，即在三章中提到过的R／P比为40年，天然气的R／P比为60年。引用美国地质调查局的研究结果，美国能源部对石油给出的R／P比为96年。附带说一点，美国并没有成立一个“熵部”(Department of Entropy)。

BP公司引用的R／P比，系建立在它们网址上容易找到的数据的基础之上。在下图中，左面的馅饼形统计图表明，“经证实的石油储量”是在哪些地方发现的。差不多占2/3的大部分储量是在中东发现的。

这并没什么值得奇怪之处。右面的条形图给出了1981、1991和2001年以1000百万桶(即10亿桶)表示的已知石油储量。2001年总储量刚好超过1万亿桶。换言之，到2001年为止，曾经存在于地下的2万亿桶石油中，还有超过一半的石油正等着被开采出来。目前，我们每年的石油消耗量只占这个储量的1／40。因此，从2001年开始起算，我们似乎还有40年的石油储量。可是哈伯特峰值的拥护者怎么会错得如此离谱呢？是不是他们采用了不同的，可靠性差的数据呢？

其实，他们采用的是完全一样的数据。经验老到的专家从BP图就可以看出哈伯特支持者的推论非常合理。从1981年的0.7万亿桶增加到1991年的1万亿桶，再增加到2001年的1.03万亿桶。增长率的缓慢下降，正好是导致哈伯特峰值预测到的那种现象的后果。事实上，甚至是1981年以后的增长也大部分不是由于任何新油田的真正发现，而是由于石油输出国组织(OPEC)的规定发生了改变的结果，这种改变引起它的成员国故意增加了它们报告的20世纪80年代的储油量。发现石油的速率呈一种钟形曲线，早在几十年前就已经达到峰值；石油能被从地下抽取出来的速率也是钟形曲线，哈伯特的追随者们正试图对它的峰值进行预测。在BP图中表示的石油储量，是已知的仍然储藏在地球内部的石油储量。它是有多少被发现和有多少已被开采之间的差值。当已知的石油储量的增长率接近零(实际上，这很可能已经发生了)，我们就会首次在历史上看到消耗石油的速率快于发现石油的速率。  哈伯特峰值预测和BP公司预测之间的重大区别，并非是有多少石油存在的问题，或者是我们以多快的速率使用它的问题。两者在这些问题上是完全一致的，区別仅在于石油危机到底何时出现。BP公司所作的未加任何说明的预测是，在最后一滴石油从地下抽取出来以前，我们的日子是好过的。而哈伯特预测则认为，一旦我们达到消耗掉了地球内储藏的石油量的一半那一点时，现有的油田就会变得消耗石油快于新油田的开发。这时，石油能从地下抽取出来的速率就会开始下降。这就是钟形曲线假定的实质所在。哈伯特峰值假定是，危机并不是发生在最后一滴石油被抽尽吋，而是发生在达到“一半点”时。在那里减少的供应遇到了继续增长的需求。如果我们消耗掉了大约石油储量的一半时。危机离我们就不会太远了。

毫无疑问，哈伯特峰值点的本质是正确的。当然，定量预测可能会有偏差，因此，危机在下一个10年或者甚至再下一个10年内还不会发生。这种预测的差异看起来似乎对我们很重要，但是从历史的长远观点看，10年或20年根本就算不了什么。我们或我们的孩子们或孙子们，将面临某种非常困难的时期。

如果这一问题能够得到广泛的理解和认识，就能大大帮助我们减轻石油危机所带来的痛苦。美国人向来大肆挥霍能源。事实上，有很多方法让我们既能降低能源消耗量又不用放弃舒适的生活方式。这样做将给我们留下更多的时间，用来将我们现有的技术转变成暂时性的以甲烷为基础的技术，同时建立起我们开发其他能源供应的能力。

从长远看来，即使是这些措施也是不够的。真正的挑战——如果我们有一个充满勇气和理想的领导者，我们就会为自己设定这些挑战——在于，大家在一起尽可能快地戒除掉依赖矿物燃料的习惯。在1960年，约翰·F·肯尼迪(John F．Kennedy)要求我们在那10年中将人送往月球。我们真的做到了！之所以能够做到这一点，是因为我们已经知道了如何去做这件事的基本原理。虽然我们曾经遇到过难以解决但又必须克服的困难，但是，一旦人类下定决心，就能够克服这些困难。能源问题也完全是这类性质的问题。

我们可以构想出一个未来，在其中人类完全靠的是核能和从太阳辐射到地球的太阳能。这并不要求我们回复到18世纪时的生活方式，也不用因此大量削减地球人口。凭借成熟进步的科技，我们可以将太阳能和核能有效地转化成电能供固定地点的使用，并且生产氢燃料或对先进的电池充电以供流动性使用。这样一来，就会将碳留在地球上，或者至少不会将它烧掉，而且将它作为一种石化产品的原料，这些石化产品也是我们的生活方式不可或缺的东西。要做好这些事情，可能不会比将人类送往月球更困难。

遗憾的是，目前的国家领导人和国际领导人甚至还不情愿承认存在着这样一个问题。危机将会出现，而且会带来苦难。我们能够现实地寄予的最好希望，是当危机发生吋，它可以起到一种警示作用，并且不至于将我们的力量削弱到如此的地步，以致我们没有能力去采取必要的重大的应变措施。

现在，我还要坚持我在本书的引言第1节中提出的忠告：除非我们能找到一种在没有矿物燃料条件下生存的办法，否则我们所知的文明，将在本世纪的某个时候终结。