21世纪人类产业革命的方向——开发与利用光能

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21世纪人类产业革命的方向——开发与利用光能

    人类的产业革命从18世纪下半叶从英国开始，纺织业是首先实现工业化的行业。人类的工业化进程，同时伴随着能源革命。应该说，能源革命充当产业革命的核心并且发挥支柱般的作用。

工业动力从蒸汽机开始的，从蒸汽作为基础的动能到电力的升级，大致经历了一百年。在瓦特发明蒸汽机后，1814年英国人R.特里维西克创造了一辆铁路蒸汽机车,锅炉蒸汽压力为0.294兆帕（3.0千克力/厘米2）,锅炉内装有一个平放的汽缸。第一部蒸汽机车是由英国人 乔治·斯蒂芬森（1781--1848)制造的，1814年他研制的第一辆蒸汽机车“布拉策号”试运行成功。1830年以后,美国以及其他一些国家先后开始制造蒸汽机车。 蒸汽机车在二十世纪中叶开始被内燃机车所取代。到1960年代末，世界上仍然有使用蒸汽机车作商业运作的国家已寥寥无几。到了二十世纪末，蒸汽机车在北美洲及欧洲基本上已被完全淘汰。

当然，人类的工业革命是一个综合性的社会进程，机械的发明、电力能源的使用他体现着社会生产力发展的规律性。

工业时代的生产方式是以电力为基础能源的生产方式。因此，工业时代属于电力时代，核心能源是电力。而电力的获得则是使用地球上本来存在的一系列不可再生的物质资源，主要是通过煤炭即热力发电，现在的水利发电和风能发电在发电量方面呈现逐年提高的态势，但是，这远远不是人类发电的最好的或者最高层次的方式。人类获得电能的最理想和最高水平的方式必将是利用阳光，即光能。

在美国，从富兰克林到爱迪生的大致一个半世纪，是奠定以电力能源为核心的社会模式的时间。富兰克林（1706～1790）发现了电与电力，爱迪生（1847—1931）一代伟大科学家把电力运用到人类的产业领域，从而缔造了人类的电力社会。富兰克林到爱迪生奠定了人类社会在电力能源基础上运行的基本模式，直到现在，人类的能源体系尚未超越电力能源。21世纪应该是人类超越电力能源而达到利用光能的一个开创性世纪。

富兰克林认为电是一种没有重量的流体，存在于所有物体中，当物体得到比正常份量多的电就称为带正电；若少于正常份量,就被称为带负电，所谓“放电”就是正电流向负电的过程，这个理论并不完全正确，但是正电、负电两种名称则被保留下来。此时期有关“电”的观念是物质上的主张。富兰克林首次提出了电流的概念，1752年的风筝实验中，证明了空中的闪电与地面上的电是同一回事。爱迪生出生于美国俄亥俄州米兰镇，是美国乃至全人类迄今为止最伟大的发明家、企业家之一。在美国，电力时代通过富兰克林和爱迪生两位伟大人物实现了。人类的20世纪，在美国科学家与企业家的带动下，电——电线、电报、电话、点灯、电梯、电影、电视，等等等等，不一而足，人类的社会生活完全被与电力与电力产品所包围，人类再也不能够离开电。到20世纪80年代，美国的以硅谷为主要基地的科技力量，再次进行了电子技术为先导的科技革命，用互联网的方式把全人类连在一起。

光与光能必将是人类科学技术与产业革命的一个明确的方向，也是人类超越以电力能源为基础的社会模式的唯一出路。在21世纪，人类的科学家们必须把主要的精力致力于研究光的属性、构成与实质，并且把光能运用到产业领域，从而根本性的提升社会运行的能源基础。由此，人类社会便嫩管逐步超越发端于18世纪下半页英国工业革命造就的社会模式，并且开辟出一种崭新的社会运用模式。

我们可以认为在自然界中，电是一种根源于光的物质，因为如果没有阳光，电力便没有其赖以生成的物理前提。我们感受到的光，具有热度、亮度、速度等属性，然而，这些都是光的表象而不是特质。人类在对于光的实质和属性的认知、探索、研究和利用方面，还处于刚刚入门的程度。

   在人类生存的太阳系中，太阳是主要的光源输出星球。而且，太阳把最适宜人类生命成长的光线传输到地球上，以保证人类的生存需要的光能。

   光能的开发与利用将从根本上改变人类社会的能源结构与整个社会的运行模式，并且，从实质上改变人类行走于位移的质量、速度与时间、规模。光是来自太阳的比地球上如何一种不可再生的能源都丰富无数倍的能源。人类对于光的认知、开发和利用处于极其初级的水平。光照亮空间的面积，理论上说，这是一个可以计算的问题，重要的在于光源的质量。光是由发光体喷射出来的一种物质。对于各种生物以及生命的起源都发挥至关重要的影响。光把宇宙间不同的星球和不同的物质联结在一起，人类也必须充分利用光能实现自身生命在宇宙间的自由的飞翔和旅行。

从物理学的角度，可以判定光是一切物质间相互联结的纽带，也是宇宙里一切生命（包括智能生命、动物和植物等有机生命）诞生的源泉和核心因素。

光速的时间与距离关系已经得到科学的证实。然而，对于光的科学研究，决不能停留在这个程度上。光的质量、照射面积、光照与温度、光与空间的联系等等问题，仍然需要科学的回答。光究竟是不是宇宙中的最快的物质？这是一个尚未有定论的科学问题。爱因斯坦在《相对论》里面提到，确定速度的前提是对时间和距离进行明确的定义。因此“光速不变”这个定义并不是一成不变的，在时间和距离没有进行明确的定义的前提下，“光速不变”这个结论便没有意义。光速最快是相对论的基本假设之一，现代物理学的支柱理论相对论的一切结论，都是根据光速是宇宙中最快的速度而推理得到的。据报道，意大利的一位科学家通过进行OPERA实验，发现了有一种中微子，它的速度居然能够超越光速。如果这次实验没有误差的话，爱因斯坦的相对论将会受到挑战。

目前，人类尚处于认识和开发光能的最初期阶段，关于光源、光速、光的质量等问题，都需要进行严密而系统的科学的研究。从而为光学知识在产业领域的运用奠定基础。

人类的物理学发展和丰富的一个最重要的研究对象，即是对于光的研究和最终达到利用光能。毫无疑问，在21世纪，人类科学研究的一个最重要的物质对象即是——阳光。向阳光要我们社会所需要的能源，这不仅是人类科学于技术的一个最重要的方向和使命，也是实现社会运行模式彻底翻新以及社会文明实质升华的途径。在人类社会发展到今天的程度，人类应该自觉地沿着这样的方向进行科学研究和技术发明。

   在宇宙中，不同星系之间的空间主要是被光充满，而且，宇宙中存在着无数个能够发光的恒星，这是宇宙的光源。这些光源发出各种各样的光线，照亮宇宙中一定范围的空间。以致充当宇宙中智能生物的生命源泉和核心要素。光是增加空间可视性的物质，天文学家已经发现宇宙中不存在光的天体，叫做黑洞。光是宇宙中照亮空间的唯一物质。当然，由于光具有反射性，有些星球上的光可以来自恒星光线的反射，月光即是证明。   

宇宙中黑洞的发现，生命宇宙中存在一种能够屏蔽光线照射的力量，也同时说明，育种中存在着一种能够不让光线射入的物质。至于黑洞中是否存在生命体？这是一个没有定论的问题，即是存在也必是一种与地球人类完全不同属性的生命，因为人类离开光便无法正常生存，而黑洞中不存在光。

人类需要从产业与科技上创造出一种属于光能的时代，以光为基础能源而从事于社会的生产与生活，21世纪必将是人类从电力能源向光能的伟大的开端性世纪。 哪个国家或者民族首先真正掌握和使用光能，哪个国家和民族就能够成为掌握未来的社会面貌的国家和民族。

可以预见，人类对于光的认知和开发利用，将从根本上改变现行的以电力为基础能源的社会运行模式，不仅从根本上改变人类在地球上的吃穿住行的社会行为方式，而且有助于人类走向无比广阔的宇宙空间，并且最终会帮助人类找到地球之外的生存基地。人类走向更广阔的宇宙空间，必须建筑在认识和利用光能的基础上。

人类社会实现由电力时代向光能时代的转化，可能需要几个世纪的时间。现在的问题是，时间不是问题，而超越爱恩斯坦与霍金等一系列物理学家究竟何时出现？以什么样的方式出现？这才是问题的关键。

   中华民族需要集中全民族的科学力量，把科学的注意力和关注点放置在对于光的探索和利用方面，由此为全人类的科学与社会进步作出独立的贡献。人类通过几个世纪的努力，必将找到离开地球的方法与途径。而光—光能—以光能为动力的机械系统，不仅将从根本上改变人类社会的运行形态，也将帮助人类找到地球之外的生存基地。地球注定不会是人类生命生活与延续的最后的基地，而是人类在宇宙中繁衍生息的一个中转站。

在中国历史上，墨子是人类第一位试图创建光学知识体系的伟大思想家和科学家。墨子对光的研究和文字语言的表述，同样极其简短，无法形成一种准确的逻辑性的定理和定律。在科学表达放方面，符号语言显然比象形文字具有某种优势。汉语如何提升为一种具有科学与逻辑思维能力的语言？这是中华民族在文化上面临着的一项重要的任务。

物理学是中华民族知识结构中的一个短板，在知识体系中，中华民族关于自然科学领域里的短板体现的尤为明显，可以说，中华民族从来没有系统的、完整的阐述和发明过任何科学学科，有的只是历史记载与文学作品。中华民族在医学方面同样如此，中医的望闻问切是无法进行数据统计和准确标准衡量的一种医学，其技术治疗以调理气血和经络为目的，而经络却是人体中一种只能感知而无法实际测量的构成因素。中国古人把水、木、火、金、土视为最重要的五种物质。火能够产生光能，人类使用火是对光的最初级认识和掌握。

人类只是地球陆地上生物链中的一环。生存在大地之上的生物，人类是唯一的智慧生物，即具有能动的改造客观环境的能力。

在21世纪，人类对光的科学研究与产业确立两个方面，都是具有核心意义的社会任务。人类按着自然界提供的客观环境而创造着社会的面貌，也就是说，人类的社会形态完全基于自然界的基础上。因此，一方面，自然界是人类生活的既与的条件；另一方面，人类必须把认识自然界运动规律视为自身生活的一项主要的任务。

人类对于自然界的探索与认识是没有止境的，只要人类在地球上生活，甚至找到了地球之外的生存之地，其主要的任务仍然是探索、研究、认识和利用自然物质。人类与自然界结成的相互关系是第一位的和永恒性的关系。人类对于自然界的认知有着自身的逻辑性，然而，在有文字记载的历史中，人类在许多时间里把自身的精力和热情浪费在彼此之间的相互关系中，严重忽视对于自然界的探索、研究和认知热情。

在21世纪，中华民族必须恢复对自然界的探索热情和认识能力，才能够创建出崭新的科学知识体系，从而在产业方面富于创新能力。人类对于光的认知、探索以及开发、利用，将成为社会文明进步的一项主要的科学任务。

自然界创造了人类生命，人类生命必须以探索、认知和利用自然界为核心的任务。总之，人类对于光的构成和实质的原理的探索和认识，在21世纪一个站在爱恩斯坦的肩膀上实现一场实质性的突破。从而开辟人类社会的一个利用光能的崭新时代。

徐国进

2021年5月30日星期日