《能量与文明》 陈章鱼解读
《能量与文明》| 陈章鱼解读
关于作者
瓦茨拉夫•斯米尔，加拿大曼尼托巴大学杰出荣休教授，他是一位科学家、历史学家，同时也是一名政策研究者。他是一位备受比尔•盖茨和扎克伯格推崇的科学家和科普作家，经常现身世界经济论坛和气候变化国际圆桌会议，担任主要发言人，在能源、环境、食品、人口、经济、历史和公共政策等方面均有突出建树，并且非常善于进行跨学科研究。他著述颇丰，主要作品有《增长》《巨变》《美国制造》《能源神话与现实》《石油简史》等。2010年，入选《外交政策》杂志评选的“全球百位思想者”。
关于本书
作为唯一能够系统地利用体外能量的物种，人类利用能量来开发智力、制作种类丰富的器具——从最简单的工具，到现代最先进的内燃机和核反应堆。对化石燃料的利用开启了一个新纪元，对人类的农业、工业、交通运输、战争与武器、信息与通讯、经济、政治、城市化、生活质量和环境等方方面面产生了深远影响。斯米尔的研究是跨学科的，给读者提供了一个权威的、全景式的视角。
核心内容
本期音频中，解读人重新梳理原书思路，聚焦在人类两种使用能量的方式，深刻地改变了我们的文明。这两种方式，一种是火，一种是电。
你好，欢迎每天听本书，我是陈章鱼。今天为你解读的这本书叫《能量与文明》。这本书讲的是人类文明与能量之间的关系。
提到人类文明，我们首先想到的，往往是经济、文化、政治，很难一下子想到能量。但是，如果你细看历史，就会发现，人类文明的发展史就是人类控制能量的演化历史。
比如说，不同民族的传说里，往往都会把火的出现当作文明的开端，希腊神话里有盗火的普罗米修斯，中国神话里有教会人钻木取火的燧人氏。你看，火的出现，就是一种新的能量控制方式。
再比如，人类历史上的两次工业革命，第一次是蒸汽机的普及，第二次是电力的普及，两次工业革命，其实就是能量的革命。
所以你看，人类的历史和能量是密不可分的。
这本书的作者瓦茨拉夫·斯米尔是一位加拿大科学家，而且是一位通才，他的研究领域跨越了能源、环境、人口、经济、历史和公共政策，是加拿大皇家学会（科学学院）的研究员。 他翻阅人类历史，梳理了人类社会的发展与能源利用之间的关系，写成了这本书。
这本书提到的人类历史，从远古采集社会，一直延续到今天，给我们提供了一个跨学科全景式的视角，从人类发展进程对能量的依赖谈起，诠释了能量利用对人类文明的作用。同时，作者对能量与文明的相互关系作了严谨的思考，期望能量更多用于推动文明的进步，而不是相反。
吴军老师是这么评论这本书的：“这本书回答了一个非常重要的问题：如何客观地衡量一个地区、一个时代的文明水平？全书通过俯视人类的文明史，给出了一个令人信服的答案，那就是使用能量这个标尺。”
读完这本书我发现，每一次人类找到更先进的方式使用能源，就相当于在这把标尺上划了一个刻度。不过在这把标尺上，有两个最鲜明的刻度，也就是我们人类两种使用能量的方式，深刻地改变了我们的文明。这两种方式，一种是火，一种是电。接下来，我们就来看一看，火和电怎样深刻改变了我们的文明。
请注意，在解读这本书的过程中，如果没有特别指出有外部的引用和个人的阐发，那么我提到的所有观点和数据，均来自于这本书。
我们先来看第一个问题：火的出现如何塑造了人类文明？
火对人类文明的影响，可以说从原始人类一直延续到今天。
你可以把能量当作一种货币。地球上的每一种生物，所做的所有努力，都是让自己开源节流，扭亏为盈。
作者在书中算了一笔账：一个体重100斤的原始人，如果花一个小时去捕猎，要投入1000千焦以上的能量。 “千焦”也就是1000焦耳，“焦耳”是表示能量大小的标准单位，大约等于四分之一个卡路里。因为这个单位比较小，所以平时更多会用“千焦”作为单位。当然，你也可以假设“千焦”就像是“元”一样，是个货币单位，也不妨碍我们算这笔账。
咱们说回来，一个原始人花一个小时去捕猎，他就要投入1000千焦以上的能量。如果花了一个小时，却什么猎物也没捉到，那这些能量就白白损失了。就算是抓到猎物，如果这个猎物太小，比如五个原始人花了一个小时，才捉到一只野兔，那每个原始人只能获得600千焦的能量，也是亏了，还不如在草地上躺一个小时。
但是原始人也不能天天躺着，因为他每小时需要250千焦的能量，来维持基本新陈代谢，一天下来就是6000千焦。换句话说，就算一个原始人天天躺平啥事儿不干，也需要吃一到两只野兔，才能保证自己的能量是收支平衡的。
你看，面对能量这笔账，原始人其实是进退两难的：不能乱动，也不能不动。就像是一个创业者，如果乱投资，就会亏钱，可是不投资，每个人要交房租电费，还是亏钱。
自然界可比商业社会残酷多了，创业者一直亏钱，结局是破产清算，而生物如果一直亏能量，结局则是走向灭亡。
从这个角度来看，残酷的自然选择，其实只有一条标准：哪一个物种可以获得更多的能量盈余，哪一个物种就能延续下去。
这就能解释原始人的很多看似不合理的行为了，比如为什么新石器时代的祖先要拿着简陋的石器去伏击巨大的猛犸象，而不是捕猎小动物？根据书中提供的数据，因为一头猛犸象的体重是野兔的500倍，但是人们从猛犸象身上获得的能量却是野兔的800倍，从能量盈余的角度，这是一笔划算的买卖。
为了让买卖更划算，原始人采取了各种各样的方法，比如说使用工具，这样可以在捕猎时少消耗一些能量；再比如缝制服装，可以减少散热，也节省一些能量。甚至有学者提出来，我们人类学会直立行走，也是因为使用两足行走能比四足行走节省能量。 当然，这种观点还没有得到学术界的普遍认同。
在这么多方法中，对人类改变最大的，是我们学会了用火。因为使用火，我们可以吃熟食了，这个改变对人类的影响是深远的。
熟食更容易消化，黑猩猩为了咀嚼生肉，每天得花上五个小时，但人类吃的是熟食，每天花上一小时就可以了。
而且，因为熟食更容易消化，人类的胃、肠道等消化系统就可以适当地减小，也就会少消耗一些能量，省出来的这部分能量，被用到了哪里呢？用来保障大脑的运行。
大脑就像是一台超级计算机，优点是非常好用，缺点是太费电了。所以大多数动物在进化中，都会限制大脑的规模，免得大脑占用太多能量。其他的灵长类动物，在不运动的情况下，大脑的能量消耗也不会超过总能量消耗的10%，但是人类大脑的能量消耗，最高能占到总能量消耗的25%。
所以说，没有火，就没有熟食，就没有消化方式的改变，人类就无法供养一个发达的大脑，也就不可能产生之后的文明。
火还给人类提供了更多帮助。能量的存在形式有许多种，对于我们人类来说，最需要的能量有三种：光能、热能和动能。
利用火带来的光能，我们能在黑夜驱赶黑暗；利用火带来的热能，我们不仅能烹饪食物，还可以取暖，在寒冷的时候减少热量损失；人类甚至在十几万年前，就学会用火对石头进行热处理，改善它们的切削功能。当人类掌握冶炼技术之后，火更是给我们带来了无数的先进工具。
但是，怎么利用火带来稳定持续的动能，一直是困扰人类的难题。没法转化为动能，就意味着对于大多数人类的劳动，火就爱莫能助了。
所以在农业时代，人类会借助其他的能源，比如我们发明了风车和水车，将风能、水能转化为动能。不过，风车和水车能够提供的能量终究有限，所以更多的动能来自生物动力，通俗地说，就是牛和马这样的牲畜，还有我们人类自己的肩挑手扛。
一直到1850年，生物动力依然占全世界原动力80%以上，但是到了1950年，这个数字就降到了10%以下。之所以会发生这样的变化，是因为人类终于找到了用火带来动能的方式，这就是大名鼎鼎的蒸汽机。
蒸汽机的核心原理，是用火把水烧热变成水蒸气，水蒸气的体积膨胀，推动活塞，这就产生了动能，再借助一系列机械的传导，把动能用到人类想要用的地方。
蒸汽机最初用于矿场抽水和驱动绞盘，但是很快，人们就把蒸汽机应用到了生产和生活的各个地方。工厂用蒸汽机驱动皮带，蒸汽火车取代了马车，蒸汽轮船取代了帆船。可以说，第一次工业革命，就是用蒸汽机取代风车、水车、人力和畜力的革命，人类进入了崭新的蒸汽时代。
在这之后，我们又发明了效率更高的内燃机，最常见的例子是今天我们还在使用的柴油机和汽油机。不论蒸汽机还是内燃机，基本的原理没有太多变化，都是用气体作为媒介，把火产生的热能转化为动能。
到此，火对于人类文明的意义，才算完全展现出来。
为什么火对于人类能有这么大的帮助呢？
这本书告诉我们，评价一种能源好用不好用，主要看三个维度：能量的流动、能量的存储、能量的控制。
我们就用这三个维度，来比较一下火、水、风和牲畜，你就知道，为什么火给我们带来的改变最大了。
先来看能量的流动，指的是不同能量之间可不可以转化，前边咱们提到，火可以产生热能、光能，有了蒸汽机之后，火也可以带来动能，能量的流动十分方便。相比之下，水、风、牲畜都没有办法变成光能，也不太容易变成热能，除非是温泉。在这方面，火得分最高。
再来看能量的存储，风的能量是没有办法存储的，水的能量可以通过修建蓄水池等水利工程存储，但是不方便移动，牲畜的能量可以通过食物的方式存储，只要有草地，你就能骑着马纵横天涯，因为有吃的，牲畜就能有源源不断的能量。火的能量，则可以通过燃料来存储，木材、煤炭、石油、天然气，这些燃料就是存储的方式。在这方面，火和牲畜的得分最高。
最后我们来看能量的控制，风几乎是没法控制的，水的能量可以控制，但是往往需要比较大的工程；牲畜的能量控制起来更方便，两匹马拉不动的车，就用三匹马，不过，想要驯服牲畜，还是需要投入大量时间；火的能量怎么控制呢？简单来说，就是控制燃料的多与少，比如开汽车，想要速度快一些，就猛踩油门，控制起来也很方便。在这方面，火的得分最高。
所以你看，风和水这种能量来源，能量的流动、存储、控制都很困难，历史上的应用就比较受限制；牲畜的能量，存储、控制相对简单，但是只能提供动能；用火作为能量来源，流动、存储、控制都没有问题，相比之下，自然是火对人类的影响最大，帮助最多。
咱们来总结一下，火对人类文明的影响，可以说从原始人类一直延续到今天。其中，有两次突破影响最大。
第一次是因为使用火，人类可以吃熟食了，这个改变对人类的影响是深远的。因为熟食更容易消化，人类的胃、肠道等消化系统就可以适当地减小，也就会少消耗一些能量，省出来的这部分能量，用来保障大脑的运行。所以说，没有火，就没有熟食，就没有消化方式的改变，人类就无法供养一个发达的大脑，也就不可能产生之后的文明。
第二次是人类发明了蒸汽机，找到了用火持续提供动能的方式，可以说，第一次工业革命，就是用蒸汽机取代风车、水车、人力和畜力的革命，人类进入了崭新的蒸汽时代。
那么火就是人类的最优选择了吗？当然不是，在这之后，人类又发现了比火更有优势的另一种能量形式，这就是电。
我们先来看第二个问题：电的出现如何改变了人类文明？
和火相比，电是一种更好用的能量形式，咱们还是用流动、存储与控制作为评价标准，来进行一番比较。
先来说能量的流动，在这方面，电有巨大的优势。
我上大学的时候学的就是电气工程，当时我的老师说过一句话：电的伟大，在于给各种能量找到了可以交换的“货币”。货币为什么伟大？因为不管你是工人、农民、手艺人，你都可以把自己的劳动成果换成钱，再用钱去购买别人的劳动成果。货币让各种劳动之间的自由交换成为可能。对应过来，电让各种能量之间的自由交换成为可能。
在电之前，能量和能量之间的转化只有一些特定的路径，摩擦生热、钻木取火，水车推动齿轮，但是还有很多转化是没法实现的，比如怎么把风力转化为光能。有了电之后，只要以电作为媒介，几乎任何一种能量，都有可能转化为另一种能量。
你看，迄今为止我们掌握的发电技术，包括风力发电、水力发电、火力发电、核能发电、太阳能发电，甚至还有地热发电、潮汐发电、海水温差发电，可以说，大自然的任何一种能量，都有可能转化为电能。
电能又能转化为我们需要的各种能量，你想要光能，有电灯；你想要热能，有空调、电暖器；你想要动能，有电动车、有电动机；只需拨动开关，我们就能将电转换为光、热、动能。
你看，以电作为媒介，各种能量之间转化的路径就打通了。
而且电还有一个特点：电能是以光速来传导的，一秒钟可以绕赤道七圈半。以往传输能量，不管是用火车拉煤，还是用海轮运石油，都需要一定的时间，如果用电，只要可以架设电网，地球上任何两个地方，都能做到瞬间传递能量。
所以电的使用，让万物互联成为可能。雅鲁藏布江的水、达坂城的风、晒在青藏高原的阳光、奔腾在东南沿海的潮水，还有3亿年前的植物变成的煤，都能转化成电，以每秒三十万千米的速度朝你赶来，点亮你窗前的那盏灯。
再来看能量的控制，和火相比，用电来控制能量，更加易于调节，因此实现了前所未有的精度和控制。
最先变化的是工厂，在蒸汽机的时代，工厂往往是把蒸汽机作为中央驱动装置，再通过皮带和动力轴将能量传递给每个机器。一家工厂往往天花板下边挤满了各种机械装置，占用大量空间不说，可靠性也有问题，不论是哪根传动轴断裂还是哪条皮带打滑，都会使整个系统罢工。
当工厂实现电气化之后，工厂从中央动力供应变成了单元动力供应。 什么意思呢？每台机器只需要连接一根电缆，就能获得源源不断的能量，不再需要机器和机器之间传递动能，原来布满工厂的传动轴和皮带，现在就都不需要了，拆掉这些东西之后，天花板的空间省出来了，工厂可以利用这些空间安装更好的照明和通风系统。而且因为是单元动力供应，工厂的机器布置可以更灵活，各种机器不用挤在一起了。总而言之，这种独立灵活的动力控制，使得工厂的工作环境变得更好，最终大大提高了劳动生产率。
电气化甚至改变了工厂的管理方式，以往福特式的大流水线生产模式，其实是源于电气化之前的工厂。在电气化之后，这种模式就显得有些僵化。于是，日本的丰田工厂，将美国的经验和日本本土的实践结合在一起，创造了更加现代灵活的日式流水线，用“丰田模式”替代了“福特模式”。
除此之外，利用电力来控制车床，可以实现前所未有的精度。
在1765年，当时最好的车床，加工的误差也要达到两厘米，后来经过工程师们的不懈努力，才将误差减少到了几毫米。那今天用电力和数字控制的机械是怎么样一个精度呢？你可以去听另一本听书叫《光刻巨人》，现在最先进的光刻机，可以加工出几纳米的芯片。你要知道，1纳米等于一百万分之一毫米，几纳米的芯片，它的宽度相当于是一根头发丝粗细的万分之一。
可以说，如果没有电力，对精度要求极其严格的微加工产业就不可能出现，也就不可能有如今常见的喷气发动机或医疗诊断设备。当然，也不会有准确的电子控制，更别提遍布世界各地的电脑和数十亿电信设备了。
到这里，我们就能看出来，和火相比，电又有巨大的优势。在能量的流动和控制方便，电的易用程度，都上了好几个台阶。前边我们说过，第一次工业革命，是用蒸汽机取代风车、水车、人力和畜力，而第二次工业革命，就是用电力取代蒸汽机。
那电有没有短板呢？也还是有的。就像是几百年前的人类不知道怎么把火转化为可控的动能一样，今天我们在使用电的时候，也发现一个难题，那就是没法大规模储存电。
你可能说不对啊，咱们天天都在用电池、充电宝，怎么就不能存储电呢？请注意，不是不能存储电，而是不能大规模存储电。依照我们现在的技术，可以存储下来的电和我们需要使用的电，完全不在一个数量级。
比如说，一个能给手机冲3次电的充电宝，如果给家用空调供电，大概只能支持2分钟。特斯拉电动车的电池容量已经很先进，但是把整辆车的电池拿下来，只够支持一个三口之家一周的用电量。
你要知道，家里用电其实还并不算多的，现在工厂里一台大型设备，要用的电就能比得上一个单元楼。你可以推算一下，想要支持这样的设备运行一天，需要多少电池。
那你说，如果真的有一些特殊情况，就需要大量可以储存的电，怎么办呢？几年前我做电气工程师的时候，还真的遇到过这样一个项目。
那是我国的一家大型国企，在非洲某国进行援建工作，要为当地建设一个住宅小区，我参与设计工作。项目负责人提出来，因为这个国家的市政电网极其不稳定，三天两头停电，有没有什么办法，保证一旦停电，这个小区可以靠自己提供三天的电？
一个小区三天的用电量是巨大的，最后经过计算和讨论，我们选择的最优方案是，增加一个将近100平方米的柴油发电机房，设置三台大型柴油发电机，一旦市政停电，小区改用柴油发电机发电，每天向小区补充柴油。
你看，在目前的技术水平下，想要大规模储存电是非常困难的。所以现在能找到最好的替代方法是储存燃料，再借助燃料进行发电。现在的用电，都是用多少电就需要发多少电，要时刻匹配。但是太阳能天一黑就没法发电了，风能、水能也都有不稳定的问题。目前只有火力发电是能时刻保持稳定的。所以，因为电池技术的限制，今天我们使用的，是一种火与电结合的方式。未来，如果电能的大规模储存技术实现突破的话，人类能源的格局还会发生改变。
卓克老师在《科学思维课》里边曾经算过一笔账，按照目前的用电量，只需要4万平方公里的太阳能发电板，就足够全国人民的电了。 4万平方公里听起来挺吓人的，其实就是二百公里乘以二百公里这么大点地，还不到新疆面积的四十分之一，换句话说，从新疆找这么块地方，就靠太阳晒，就能满足全国从工业到农业，外带上所有人冰箱空调洗衣机的用电需要。
那这个为什么现在没法实现呢？发电的技术已经很成熟，把电输送到各处的技术，也没问题。唯一就是卡在一件事情上，就是电能的存储技术。
如果你想象一下，有一个大充电宝，比如说能管北京市10个小时的用电，那太阳能发电就能变成主力了，到时我们可以淘汰火力发电，完全替代为太阳能这样的清洁能源。
咱们来总结一下，用流动、存储与控制作为评价标准，电的易用性比火又上了一个大台阶。有了电之后，只要以电作为媒介，几乎任何一种能量，都有可能转化为另一种能量，能量的流动更加自由。而且和火相比，用电来控制能量，更加易于调节，因此实现了前所未有的精度和控制。那电有没有短板呢？也还是有的。今天我们在使用电的时候，最大的难题，就是没法大规模储存电。如果未来在这方面实现突破，那将是另一次能源的革命。
到这里，这本《能量与文明》其中精华的部分，我就为你解读完了。
你会发现，从第一次用火烤制熟食，到驯服牲畜作为动力，到发明水车、风车，再到蒸汽机的出现，最终到今天的电力普及，人类利用能量的方式每发生一次变化，人类的历史就会发生一次变化。
我们对能量的探索，还远远没有到达终点。未来，人类甚至会把探索能量的目光望向太空。
1964年，苏联天文学家尼古拉·卡尔达肖夫首先提出构想，用掌握的能量来衡量宇宙间文明的先进程度。卡尔达肖夫将文明分成三个等级，1级文明能够使用所在行星所有可用的能量，2级文明能够利用所围绕的恒星所有的能量，3级文明能够利用它所处星系的所有能量。
今天的人类，还没有办法利用地球的所有能量，按照这个标准，人类文明大约是0.7级。
但是我们走向1级文明几乎只是时间问题了，甚至已经有科学家提出了走向2级文明的方案，比如美国科学家弗里曼·戴森提出过“戴森球”的设想，简单来说，就是用太阳能发电板将整个太阳包裹起来，让所有的太阳能为我所用。你要知道，目前我们可以使用的所有能量，比如煤炭、石油、木材，如果究其本源，其实都是来自太阳能。可是太阳辐射的能量落到地球上的，只是很少一点。如果能将整个太阳的能量都收集起来，那时我们的文明会变成什么样子，今天的我们可能都无法想象。
希望这些构想，都能成为激动人心的现实。
以上就是这本书的精华内容，你可以点击音频下方的“文稿”，查收我们为你准备的全文和脑图。你还可以点击“红包分享”按钮，把这个音频免费分享给你的朋友。恭喜你，又听完了一本书。
划重点
1. 从第一次用火烤制熟食，到驯服牲畜作为动力，到发明水车、风车，再到蒸汽机的出现，最终到今天的电力普及，人类利用能量的方式每发生一次变化，人类的历史就会发生一次变化。
2. 这本书告诉我们，评价一种能源好用不好用，主要看三个维度：能量的流动、能量的存储、能量的控制。