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人類未來,用什么

2021-02-24 11:16 作者:袁越來源:三聯生活周刊
建筑材料 塑料 紡織材料

進入正題之前,先給大家講一個關于工具的故事。

這個故事來自一本名叫《太陽的陰影》(Shadows in the Sun)的旅行日記,作者韋德·戴維斯(Wade Davis)是加拿大不列顛哥倫比亞大學(University of British Columbia)的人類學教授。他寫過15本書,內容大都是他在各個原始部落的冒險經歷,因此他被譽為“真實世界里的印第安納·瓊斯”。

 

 

這本《太陽的陰影》講的是住在加拿大北方的因紐特人的故事。上世紀50年代,加拿大政府試圖把分散在各地的因紐特人集中起來,遷入政府出資建造的移民村。一位因紐特老人不愿意搬家,于是他的家人把他的工具全都藏了起來,逼老人跟大家一起走。但是,倔強的老人用自己的糞便制作了一把刀,用這把刀殺死了一只狗,用狗的胸骨制作了一副雪橇,把狗皮剝下來制成了一副挽具,然后老人指揮另一只狗拉著這副雪橇逃離村莊,消失在茫茫冰雪之中。

 

 

戴維斯很喜歡這個故事,曾經在“技術、娛樂、設計”(TED)大會上講過一次,收獲了將近400萬的點擊量。曾經有人質疑這個故事的真實性,他回答說:“不論真假,這是個很好的寓言故事,表現了因紐特人堅毅的性格。”

2019年,美國肯特州立大學(Kent State University)的人類學教授麥庭·艾倫(Metin Eren)聽到了這個故事,他也懷疑這個故事的真實性,決定親自做個小實驗來驗證一下。他模仿因紐特人的飲食習慣,連吃了一個星期高蛋白高脂肪的食物,然后他收集了自己的糞便,用干冰將其凍成硬塊,磨成了一把刀??墒?,當他試圖用這把刀切豬肉時,卻發現刀口一碰到豬皮就融化了,好像手里拿著的不是一把刀,而是一支棕色的蠟筆。

艾倫教授把實驗結果寫成一篇論文,發表在2019年10月出版的《考古學雜志》(Journal of Archaeological Science)上,結果被“搞笑諾貝爾獎”(Ig Nobel Prize)評為2020年度材料科學大獎。其實艾倫教授的這項研究比戴維斯講的那個故事更像寓言,因為它深刻地揭示了人和材料之間的緊密關系,值得我們好好琢磨一下。

首先,這個故事告訴我們,材料在很多時候是比食物更重要的東西,因為材料具有極強的不可替代性,這一點和食物非常不同。比如,因紐特人生活在北極冰原上,那里幾乎沒有任何植物,所以因紐特人既沒有面包也吃不到米飯,甚至連蔬菜都沒有,但他們依然能靠吃生肉活下來,而且他們的身體也慢慢適應了這種變化,反而吃不慣米飯面包了??墒?,由于北極地區除了冰雪之外幾乎啥都沒有,因紐特人缺乏制造工具所需的原材料,生活質量受到了很大影響。比如那位因紐特老人的親戚們只需把老人的工具藏起來就能把他困住,因為他找不到制造工具的原材料,幾乎任何事情都做不了。

正常情況下,因紐特人會用海象牙或者獸皮和低緯度地區的人們交換工具,一把鋼制小刀的價值要比一件毛皮大衣大多了。同理,古代社會不同部落之間最先開始交換的東西并不是美食,而是制造工具所需的特殊材料。比如,非洲最早的貿易網絡就是為了交換黑曜石而搭建起來的,這種石材只有在火山附近才能找到,在原始人學會提煉金屬之前,黑曜石是制造切削刀具的最佳材料,無法替代。再比如,人類走出非洲之后建立的第一個貿易網絡是為了交換鉛和錫,這兩種金屬都是制造青銅所必需的原材料,同樣無法替代,而且儲量稀少。

說到古人建立的貿易網絡,最知名的案例無疑是絲綢之路。這是古代歐亞大陸上建立的距離最長、規模最大、持續時間最久的貿易網,原因就是絲綢是一種無法替代的奢侈品,西方人做不出來,只能和中國人交換。東西方文化的相互交融,正是借助這條絲綢之路才得以實現的。

無數類似案例表明,正是由于人類對一些特殊材料的需求,開啟了不同族群之間大規模物質交換的序幕。如果沒有這種物質交換,也就不會有文化交流,人類就無法相互學習,互相借鑒,人類文明肯定不會進步得這么快。

其次,這個關于工具的故事還告訴我們,制造工具的材料的性能往往和溫度密切相關,而溫度則和人類的技術發展水平緊密相連。在這個故事里,低溫改變了材料的性能,但在人類的材料史上,高溫才是更重要的因素。祖先們通過高溫煅燒,把軟泥巴變成了硬磚塊,蓋起了世界上第一幢結實的房子,徹底改變了人類的居住環境;祖先們還在這一過程中摸索出了陶器的制作方法,制造出人類歷史上第一套廚房用具,徹底改變了人類的飲食方式;青銅器的出現得益于古人對高溫的理解和追求,人類的日常生活因此而精致了許多;鐵器的出現則是和人類燒窯技術的進步密切相關,從此人類掌握了一種威力強大的殺人武器,先天的體力優勢不再是決定戰爭勝負的關鍵因素。事實上,由于地殼中的鐵礦石蘊藏量非常豐富,鐵成為人類歷史上第一種幾乎完全取決于使用者技術能力的原材料,任何人都可以擁有鐵器。從此,人類從資源主導型社會過渡到了技術主導型社會,從體力為王的荒蠻時代過渡到了靠智力取勝的文明時代。

隨后,人類又先后發明了瓷器、玻璃、棉布、絲綢、水泥、橡膠、塑料和化纖等新型材料,極大地提高了人類的生活質量。制造這些新材料不但需要高溫,還需要用到很多更加先進的物理和化學技術,人類的整體科技水平也因此不斷提高,終于把人類送上了地球之王的寶座。

第三,在這個關于因紐特人的故事里,糞便屬于可再生材料,只要這位老人有海豹肉吃就行了。但實際情況往往正相反,很多材料都是不可再生的,總有用完的那一天。比如用于制造鋼筋混凝土的礦石的儲量是有限的,用于制造塑料和化纖的石油和天然氣的儲量也是有限的。隨著地球人口的持續增長,爭奪原材料的戰爭愈演愈烈,已經成為國與國之間發生爭端的主要原因之一。

更加令人擔憂的是,有些原材料雖然是可再生的,或者因為儲量極為豐富而暫時不用擔心枯竭,但因為用量實在太大,給自然環境帶來了不可挽回的損失。比如,人類對木材的需求導致大量原始森林被砍伐殆盡,很多陸地動植物因此而滅絕;再比如,人類對一次性塑料制品的濫用導致大量不可降解的塑料制品進入海洋,嚴重影響了海洋生物的健康。最糟糕的是,材料的生產和使用過程排放了大量溫室氣體,這是全球氣候變化的主要原因之一。

雖然這些危害我們早已知道,但材料的生產和消耗仍然與日俱增,因為人類社會不能沒有經濟增長,而經濟增長一直沒能和物質生產脫鉤,所以人類暫時還離不開材料。2020年12月10日出版的《自然》(Nature)雜志刊登了以色列魏茨曼科學研究院(Weizmann Institute of Science)的科學家撰寫的一篇論文,發現人造物質總量已經超過了地球上的活生物量,地球從2020年起正式從一個所有生命共同擁有的家園變成了人類一家獨大的超級大工廠。

造成這一結果的原因是雙向的:一方面,隨著生產力的飛速提升,人造物質正以每年超過300億噸的速度增加;另一方面,由于人類占用了太多本屬于野生動植物的領地,導致地球上的活生物量反而略有下降。于是,人造物質占地球活生物量的百分比從20世紀初時的3%變成了2020年的100%。

這些人造物質主要包括鋼筋混凝土、磚石、瀝青、塑料、人造纖維和各種金屬,制造這些物質的原材料大部分來自地下,其中只有不到10%被循環利用了,其余的終將有一天會變為垃圾。

要想徹底解決材料帶來的問題,必須把經濟增長和物質生產之間的聯系斷開。英國薩里大學(University of Surrey)經濟學教授蒂姆·杰克遜(Tim Jackson)和加拿大約克大學(York University)環境學教授皮特·維克多(Peter Victor)在2019年11月22日出版的 《科學》(Science)雜志上發表了一篇重磅論文,分析了經濟增長和物質生產“斷聯”的可能性。

文章用二氧化碳排放量作為衡量物質生產強度的指標,發現1965年全球國民生產總值(GDP)當中每1美元對應的二氧化碳排放量是760克,而2015年時的這一數值降到了500克。也就是說,人類依靠技術革新提高了能源效率,在半個世紀的時間里把GDP的碳強度減少了35%。

但是,同一時期的二氧化碳排放總量卻一直在增加,這是因為人類的經濟增長速度遠比生產效率的提高要快得多。今天人類排放二氧化碳的速率比1990年時高了60%,這個增長速度如果持續下去的話,早晚有一天會把地球變成一個大火爐。

按照兩人的計算,要想把氣候變化限制在可接受的范圍內,人類必須大幅降低GDP中的碳強度,降幅必須保持在每年14%以上,而且要連降30年,難度是非常大的。要知道,此前人類GDP碳強度的降幅最大也只有3%,而且這一“成就”是在上世紀70年代石油危機時達成的。

兩位科學家特別指出,要想完成“斷聯”的目標,必須全世界一起努力,光靠某幾個國家或地區使勁是不行的。比如歐盟在1990~2017年間的碳排放總量下降了22%,GDP卻增加了58%,看似“斷聯”成功,但這一成績是通過把高污染行業轉移到發展中國家來實現的,如果把這部分算上的話,歐盟的真實碳足跡要比統計數據高20%。

文章結尾指出,要想把GDP和二氧化碳之間的聯系斷開,光靠技術革新是不行的,必須從根本上改變人類的行為方式,不再把物質享受當作衡量幸福的唯一標準。

對應到材料領域,這就意味著我們必須改變我們蓋房子的方式、亂扔東西的習慣,以及對服裝的審美標準,因為鋼筋混凝土、塑料和纖維是人類使用量最大的3種材料,對環境造成的污染也是最大的。如果再不改變的話,節能減排的目標是不可能完成的。

就在2020年9月22日召開的第75屆聯合國大會上,中國向全世界做出承諾,到2030年時達到二氧化碳排放峰值,GDP的碳強度比2005年下降65%以上,爭取2060年前實現碳中和目標。這是個振奮人心的承諾,很有可能徹底改變世界的未來。要想實現這些目標,能源領域的改革當然是重頭戲,但材料領域同樣不可忽視。要知道,僅僅是水泥這一種材料,就占人類排放溫室氣體總量的8%,而中國的水泥產量占比超過了50%。

人類文明曾經被材料改變過很多次,未來仍然會繼續如此,因為我們本質上都是那位因紐特老人,一旦離開了材料就不再是文明人了。同理,人類對于材料的生產和使用方式也到了必須加以改變的時候了,因為如果再不改革的話,我們也不再是文明人了。

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