第一章
城市与太阳
热力学
19世纪40年代和50年代热力学的发展在发起挑战的同时，又强化了生产主义所描绘的图景。一方面，人们用更为严格的数学术语来阐释能量守恒。通过建立热能的机械能当量，并用统一的度量衡即做功能力来比较各种不同的能量形式，焦耳、罗伯特·迈耶和其他一些科学家就能够将一个形而上学的公理通过实验而加以量化。曾经，人们所持有的普遍的、完全的守恒观只是一个很松散的想法，现在却有了坚实的基础，人们可以对不同能量形式之间的相互转化进行测量，而不是只凭断言了。另一方面，工业技术操作中观察到的能量耗散问题，在热力学第二定律中正式被提出，这也使得人们很难忽视不可逆和废弃物的问题；事实上，它把这些问题置于看似激进的新的宇宙论的中心。
我们将在下一章中详细研究第二定律。现在，我想提醒大家注意热力学第一定律，因为它是在19世纪中叶提出的，而化石燃料的概念有一些模棱两可。一方面，它的确对巴贝奇等作家总结出的严格的能源经济加以强调并使其规范化。热力学第一定律针对能量的可为和不可为建立了一系列的规定，并且用严格的数学方法说明了人类不可能从无中生出有来。这在对第一定律科学的和通俗的讨论中都很常见；鲍尔弗·斯图尔特写道，“机械的世界不是一个制造能量的工厂，而是一个集市，我们带来一种能量，将其改变或交换为另一种等效的能量，使其能更加适合我们，但如果我们手上什么也没有，那么我们必定什么也拿不回来”。因此，第一定律确立了做功所受的限制，也控制了人们对物质世界的无限延展性和可开发性的幻想。
从另一方面来说，以前的生产主义论著就如何对待化石燃料使用了许多形而上学的推断和修辞手段，能量守恒也依赖于此。我们在焦耳的著作中可以听到自然神学的回声，许多人认为他是把能量守恒送上科学大道的第一人：“实际上，不管是机械的、化学的还是生命体的自然现象，几乎都是借助空间、天然力量和热，存在于连续不断的能量转换过程中的。由此，宇宙中得以维持这一秩序，即无一生乱，无一消散，但是整台机械复杂如此，却能够平稳和谐地运转。”维多利亚时代的科学家们，尤其是那些为普通大众撰写作品的人，在创作有关能量的热力学作品时，并不只是否认或隐瞒第一定律的形而上学的基础；他们还对此着重强调，常常将能量守恒的根源追溯到自然神学、德国浪漫主义以及古典哲学和神话学的理论上。譬如，弗莱明·詹金认为，卢克莱修“预言了能量守恒学说”。
赫尔曼·冯·亥姆霍兹是“发现”第一定律的关键人物之一，他尊崇歌德，认为其预测了热力学理论；英国的科学自然主义家约翰·廷德尔声称，是卡莱尔“充满诗意地，却也准确地预见到了能量守恒理论”，他还引用了《衣裳哲学》中的一段文字，稍后我们会详加讨论。这里为能量概念建立了一个发展的系谱，让读者相信，他们的发现证实了宇宙的图景和物理世界的经验是稳定的、为人们所熟悉的，也许还是令人欣慰的。
事实上，一个人可以热心于使用工业能源的奇妙世界和新技术打开的令人目眩的新前景，同时又认为，这样的世界仅仅是人们早已知晓的，或者是先辈们早已预见到的力量和定律的新的表达方式。特别是廷德尔，他说自己早已知道这些令人惊诧的事情，他既想让读者大吃一惊，又想安抚他们，于是他常常要在其中寻找一条有趣的修辞路线。以下文摘选自他的《作为一种运动形式的热》，这也是维多利亚时代最为出名的一部热力学著作：
我们转到其他星系和恒星上，它们都能像我们的太阳一样释放出能量，但它们也没有违反这一定律，它们身处变化中依然保持其永恒性，持续地发生着能量的转移和转化，但最终能量既不会增加也不会损失。这条定律体现了所罗门的格言，太阳底下无新事，教我们在它无穷变化的外表之下，到处去寻找那相同的原始力量。对自然而言，什么也不能加入进去；从大自然中什么也不能带走。
实际上，廷德尔提出了两个相互关联的观点。借助能量不增不灭的说法，能量守恒在流动的现实之下建立了一个不变的秩序：即便是根本性的物理性转化，也只是永恒定律的一种不同表达而已。但是他又指出，能量守恒概念也认可现实中某种历史悠久的经验—在这种情况下，就是《圣经》的格言式的智慧了。这样，人类思想自身的发展行为与能量相像：其外部形式多种多样，却都是深层秩序和同一性的各种不同的表述而已。正如他在其著名的《贝尔法斯特演讲》中所说的：
这个世界不仅信奉着一个牛顿，还尊崇一个莎士比亚；不只有一个波义耳，还有一个拉斐尔；不仅有一个康德，还有一个贝多芬；不仅有一个达尔文，还有一个卡莱尔。从整体上来看，人的特性不在他们中哪一单独个体的身上，而在所有人的身上。他们相互之间并不对抗，而是相互补充，不是相互排斥，而是相互融合……人类的思想，带着朝圣者对远方家园的渴望，将要转向孕育其成长的神话，并试图改造它，以便让思想和信仰统一起来。
在《作为一种运动形式的热》这本书的末尾，廷德尔显然对宇宙中能量的规模感到惊奇异常，他坚持认为，在他的科学物质主义和神话化的宇宙之间，是连续的而不是断裂的。在精神和物质之间存在着一个本体论的灰色地带，能量巧妙地处理了二者之间的分歧：
波浪会削减为涟漪，涟漪也会增强为波浪；盈千累万会缩减为渺小的数字，渺小的数字也会扩大为盈千累万；小小的星体会膨胀为巨大的恒星，恒星也能分解成小小的动植物，这些动植物又将融化在空气中，但能量流却是亘古不变的，经年累月，它带着旋律滚滚向前，地球上所有的能量—生命多样的形式和现象多变的呈现，都只是它节奏的调整而已。
从生态学意义上说，廷德尔声称“太阳底下无新事”的问题在于，至少就人类文明而言，化石燃料的“原始力量”实际上是新的力量。化石燃料的使用除了表明它在自然环境中发生着不可逆的变化，在“持续地发生着……转移和转化”，还有其他的意义。廷德尔的著作往往会从对具体技术和自然环境中能量做功方式的细致描述，突然跳跃到广阔的宇宙秩序的图景。他一直强调宇宙能量供给的有限性，并暗示人类活动对这种有限性不会造成有效的影响：
看看我们这个世界上的能量总量：煤田里储存的能源；天上的风与地上的河；还有我们的舰队、军队和枪炮。它们都是什么？它们都来自一小部分的太阳能，不到总量的二十三亿分之一……用我们地球上最大的度量来测量的话，这样的能量库也是不可限量的；但倍感荣幸的是，我们拥有超越这些度量的特权，只将太阳自身看成是广袤空间当中的一点，仅仅是沧海一粟。
虽然廷德尔强调，在宇宙能量的海洋里人类显得微不足道，但是这并不会伴有因生命渺小而产生的生存焦虑。的确，正如本书在其他地方说明的那样，工业技术的发展让人类能够获得无穷尽的力量。如果说廷德尔看上去是在贬抑人类世界的话，那么他的意图也只是对等待我们去利用的巨大的能量库表示惊讶而已。正如我们在赫胥黎的著作中读到的，起初作者像是在赞美大自然，但实际上这只是夸赞人类的另一种方式。我们也许很渺小，但是我们的智力赋予我们“超越……的特权”。
因此，工业技术既帮助我们获得了能量，又让我们知晓了自然永恒的稳定性。在这样的情况下，你很难发现人类使用能源的方式有什么毛病。这个问题，在部分意义上，可以归结为廷德尔对“自然”一词的使用方式，它往往意味着将宇宙抽象化（正如上文“对自然而言，什么也不能加入进去；从大自然中什么也不能带走”），而不是将其看成一个有限的地球环境，或者物质生态系统。这不同于人们在达尔文观点中看到的自然的概念，比如，他使用的著名比喻“纠缠体”（tangled bank），以及《物种起源》中对许多生命有机物存在的复杂动态网络的描述，这些都不只是强调自然的变化无常，还强调了单个变化对整个系统产生的级联效应（cascading effects）。虽然在进化论和早期热力学著作中，转化是较为常见的比喻，但是后者更倾向于把转化的观点建立在稳定不变的基础之上。自然是不断转化背后维持稳定的保证，而在达尔文的作品中，自然就是转化。正如我们即将看到的，如此强调自然永恒的不变性，抹杀了人类活动对自然界的影响，而把自然界看成是正常运转的生态系统。
更重要的是，廷德尔让“所有能量形式都具有统一性和同一性”这种生产主义说辞上升到一个新的水平，直到工业活动和资源开发不仅变得完全自然，而且成为太阳能的必然的表现方式：
他先建造森林，后又砍伐树木，而令树木生长和挥舞斧头的两种力量，却是同根同源。三叶草发芽开花，割草机摆动镰刀，它们都是由相同的力量驱使着。太阳从我们的矿井里挖出矿石，他卷起钢铁；他把盘子钉起来，把水烧开；他拉动火车。他不仅让棉花生长出来，他还抽丝纺纱，编织网络。举起锤子，转动轮子，或者抛出织梭，这无一不是太阳的功劳。他将能量挥洒入太空，但如果这能量受到了限制，我们的世界也将举步维艰。就像海神普洛透斯在施展他的法术一般。
作者用抒情的笔调描写太阳把有机与机械、自然形成与工业生产自由融合的情况，直到在能量自由循环的迷宫中生长与消耗之间任何有意义的区分都消逝不见。在这里，森林生态系统的发展和消失都是能量的不同表达方式。在建造和砍伐的工作之间绘制了一条平行线，让工业生产的过程变得自然化—确实，“建造”森林这样的语言意味着它已经是生产制造领域的一个部分—但是这似乎也让资源和环境的大规模开发成为一件自然的事件。对宇宙中这种原初性和统一性的强调，抹杀了时间性的差别作用；一句“他先建造森林，后又砍伐树木”很轻易就达到了句法上的平衡，遮掩了建造和砍伐二者背后深层次的时间上的不匹配性。前者，即一片森林的成长，可能需要数千年的时间，而后者则只需数周或数月即可完成，但这种“转化轻易就能发生”的感觉却勾销了这些重要的生态差异。这是我们在赫胥黎和巴贝奇观点中看到的有关不匹配性的精巧实例，原本属于不同时间范式的活动和过程却让人们产生了一种和谐的周期性的错觉，这种错觉是在生长与砍伐、发芽与修剪的如《圣经》所述一般的节奏中产生的。在这个纯粹是动作性的世界中，是由人的劳动完成，还是由煤炭、水力或者其他方式完成，它们之间的区别消失殆尽。人们使用的不再是一座有限的资源库，而只是早已在这个世界上循环往复的普遍原理的另一种形式。
廷德尔在《作为一种运动形式的热》的末尾对宇宙的抒情，说明他脱离了热力学第一定律发展过程中严格的实验性特点，的确，他也脱离了该书前几章中他自己对能量的描述。但强调这些观点的宇宙论特点也是此间人们讨论和传播能量守恒的典型方式。伴随着人们对新能量定律的规律性和合理性的兴趣，人们认识到能量守恒定律被认为只是自然界机械发生着的事情，因此，并不需要人类的监管。正如赫伯特·斯宾塞所指出的，这种混淆就深藏在所使用的那些术语上。他在《第一原理》中坚称，他所谓的“可持续的力量”要优于人们常用的“能量守恒”，因为后者会令人误解，含有“保护者和保护行为”（a conserver and an act of conserving）的暗示。从很多方面来说，斯宾塞和那些误传能量运转方式的人都犯了同样的错，他追随迈克尔·法拉第和W. R. 格尔夫，偏爱于使用“力量”一词而非“能量”，进而使得问题更加令人困惑。但是他认为“守恒”这一术语携带的隐含主体性让人困扰，这点是正确的。虽然斯宾塞的说法不是出于对资源利用和可持续发展的关注，但我们还是能看到一个隐含的“保护者”的概念，它建立了所有的能量关系并对其失衡现象进行纠正，这可能会掩盖人类对自然界资源的影响。
在某种意义上，对机械性守恒的这种暗示，以及对宇宙论图景的强调，是很奇怪的。如果讨论能量守恒常会导致人们不再关注各种能量形式之间关键性的差别，或忽视表明实际能源使用情况的效率和经济问题，那么具有讽刺意味的是，热力学如果不热衷于此类差别和问题的话，甚至就不可能作为一门科学而存在。热力学最先从工程学传统发展而来，那时，节约能量和避免浪费都至关重要。作为生产动力的能量价值，鼓励着研究人员以精确、量化的方法了解其性质和限制。廷德尔对热的研究以相当引人注目的方式触及了关键性的生态问题。1859年，他开始研究地球大气层捕获太阳能量并阻止地球失去热量速度过快的过程。廷德尔意识到，如果没有“大气层的包裹”，地球很快就将“无法居住”。经过一系列的实验，他发现复杂的分子会捕获热量，而简单的分子则帮助热量毫无阻碍地扩散到外部空间去。斯蒂芬妮·佩因在《新科学家》杂志上发表观点，指出廷德尔发现了“煤气—一氧化碳、甲烷和其他碳氢化合物的混合气体—像木块一样会成为辐射热的阻碍”，佩因认为，这一真知灼见将他带到了描述人为影响全球变暖的门口。我们将在第五章中看到，约翰·罗斯金从富有想象力而不是完全科学的意义上迈出了这一大步。因此，廷德尔的著作表明，对热的行为进行热力学研究，会引发人们对人类能源使用和全球环境之间的关系呈现出的生态问题做深刻的思考。纵然同时它还依赖于比喻、修辞结构和形而上学的假设，并由此使得这样的问题更难以表达。
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——马修·麦康基，苏塞克斯大学