人类社会可能是迄今为人所知的消耗能量最大的系统，因此有可能是整个宇宙中迄今涌现的最为复杂的系统
02 能量流与复杂性的提升
在当今人类的观念中，宇宙乃遵从物理定律的一个演化过程，尤其是热力学定律。在所有已知的自然原理中，热力学可能是用来描述变化的最好的工具，虽然变化本身又是偶然性与确定性、机遇与必然等多种因素共同造就而成。就字面而言，热力学是指“热的移动”，而用更为一般的现代语言来说，就是“能量的变化”。能量的最初流动是由膨胀的宇宙所致，可谓是大自然中迄今已发现的所有复杂系统形成的关键动因，而不同的复杂系统如何优化使用这种能量流便决定了宇宙演化的规模，从物理的到生物的再到文化的不等。
能量在复杂系统归序和维持系统运转的过程中发挥重要作用，同时，能量还决定系统的起源、演化和最终归宿。至少在数十年前，人们对于这一点已有认识，但却只是简单的描述且大多仅在生物学领域（Lotka 1922; von Bertalanffy 1932; Schrödinger 1944）。如今，人们已更确切地认识到，能量不止是诸如动植物等生物系统维持自身组织特征所必须，而且为诸如恒星、星系等物理系统所不可或缺（Morrison 1964; Morowitz 1968; Dyson 1979; Odum 1988; Smil 1999; Laneand Martin 2010）。星体聚合若无能量流动便会塌陷，植物若不能通过光合作用获取能量一定会枯萎死亡，人若停止进食则必然寿终。人们还普遍认识到，能量甚至参与了文化系统的运行，比如城市需不断接受内向的食物和能源流动并同时外向输出产品和废料。事实上，能量乃当今经济、技术和文明的核心要素。所有的复杂系统——无论是否具有生命特征——均是开放的、有组织的和处于非平衡态的结构，都需要获取、储存和利用能量。
生物圈中的能量与营养流动过程，能量的来源是阳光
因此，我们抓住了一个众多系统共有且极具物理直觉的概念——能量，这一概念的优势还在于它容易界定、容易理解并能够测量。不过，仅侧度能量本身却还不够，因为显然星体的能量要大于花朵，星系的能量也自然要超过细胞。另一方面，生物系统肯定比无机物实体要复杂得多。因此，绝对能量并不像相对能量那样更容易标志不同的复杂程度，因为后者取决于系统的体积、构成和效能。
要客观地测量系统的复杂程度，即找到一个适用于所有有组织系统的完全一致的规范尺度，能量密度无疑是最佳的选择，为此，我们选定了能量在复杂系统中的自由流动，即“能流”，作为衡量任一系统中物质复杂程度的标尺（早有学者指出这一尺度在生态系统测量中的应用，参阅Lotka 1922; Ulanowicz 1972）。因此就有了“能率密度”这一有用的尺度，标记为“Φm”值。能流密度的定义非常简单和明确，即单位时间单位物质系统中流过能量的总量。有了这一科学单位，我们就不必再借助任何非科学的概念来解释宇宙从夸克到类星体、从微生物到心智的各种复杂系统的演化过程了。
恒星终其一生在核聚变产生的能量和重力之间挣扎。重力不断把恒星星拉进自身，导致塌陷。融合产生的能量则使之维持平衡。当恒星能量耗尽之时，就塌陷就从其核心开始。
宇宙演化观倡导者的目的在于拓宽并加深人类对这样一个庞大主题的认识，因为它早已不限于传统生物进化的范畴。事实上，宇宙演化论者试图以能量概念去量化界说大历史或全球史。本文文后的参考文献列举了笔者多年以来就此问题撰写的学术论文和著述，其中包括大量实验数据和能率密度的计算过程，大多数数据亦散见于多种专业杂志。以下仅对笔者的研究发现做一小结：
就物理系统而言，恒星和星系的能率密度（约为10-3至102 erg/s/g）是所有已知有组织结构中最低的。星系的Φm值明显呈上升趋势并有聚类分层表现，比如银河系在从原始矮星系向螺旋星云转化的过程中，其Φm值从~10-2 升至0.1 erg/s/g。恒星在同代或多代演化过程中同样经历了状态调整，且伴随内部热度及化学成分陡变分化Φm值呈升势，复杂程度提高，其中太阳在从原恒星到老化红巨星的转变过程中Φm值从1上升到120 erg/s/g。
在生物系统中，动植物的Φm值通常在103-105erg/s/g之间。地球上植物的能率密度远高于普通恒星和星系，前者最具代表性的表现是进化出了进行光合作用的植物、被子植物和四碳植物，数亿年间其Φm值增加了近一级，达到约104 erg/s/g。同理，动物在从鱼类进化到两栖类、爬行类、哺乳类和鸟类的过程中，Φm值提升的幅度更大，从103.5erg/s/g达到105 erg/s/g。可以想见，在此诱发变迁的机制就是能量，能量倾向于选择更善于利用密集能量的系统，并同时引发其它系统的灭亡，其遵从的规律大致是广为人知的达尔文主义自然选择。生物大脑的Φm值稳居最高位，这一点丝毫不令人惊奇。
能量是进化的诱发机制，能量倾向于选择更善于利用密集能量的系统，并同时引发其它系统的灭亡。即达尔文的自然选择的背后推动力。
演化至文化系统层面，技术的改进足堪与社会系统本身媲美，二者耗能均相当高，Φm值常大于105 erg/s/g，因此有可能是已知各个系统中最为复杂的。社会演化及人类的文化进步同样可以通过正常的能消耗加以考察，比如在人类早期的农业阶段，Φm值约为105 erg/s/g，而到了现代技术盛行的时代，Φm值增至约106.5 erg/s/g。驱动二十世纪经济的机械——包括普通引擎至电子计算机——显现出同样的增长势头，从工业革命时期的约105erg/s/g 增至当今复杂喷气式飞机时代的约107.5 erg/s/g。
曼哈顿一个典型的街区每年每平方米消耗1000千瓦时以上的能量 - 功率密度超过100瓦/平方米。
特别值得指出的是，天体系统的绝对能量总量虽远高于人类自身的能量，而且恒星、行星、人体和大脑的密度也大同小异，但人类及现代人类社会的能率密度却要高出恒星和星系一百多万倍。原因就在于这里的单位是Φm值，即能率密度。因此，虽然太阳发出的光能在4×1033erg/s（约相当于一个十亿亿亿瓦的灯泡），且密度高达2×1033g，每秒每克物质流过的能量却只有2尔格；相比之下，光合作用中的植物叶子和思考时的大脑的能率密度都要高得多。
图2中的时间尺度与图1相同，形象地标示出物理、生物和文化演化如何把原始单一的宇宙改造成了愈发精密、能率密度也愈益提升的有组织的系统，而且这种改造的速度也在加快，所以愈到上方弧线就越陡。图示中代表性系统的典型Φm值与其在自然史上涌现的时段相对应。
图2 能率密度Φm值的测量适用于大自然中观察到的各类系统，结果显示在宇宙演化的140亿年历史中Φm值显然在持续增加。本图的时间尺度与图1完全相等，由此足见文化演化的Φm值幅度陡增（图示右上端），显然高于（中部较平缓曲线所示的）生物演化，而后者又高于（左下端坡度最平缓的）物理演化。图中阴影部分表示Φm值的累积总量，显示宇宙中不同类型的局部系统仍处于不断变化和渐趋复杂的过程之中，整个宇宙也因此变得更加无序。系统演化中具体的Φm值依据相应的历史年代而确认，较完整地展现出从星系经地球和简单生物并最终导致人类问世的演化过程。因此，本图对关注人类社会是如何从自然历史中演化出来的大历史学家和全球史学家而言可谓颇有价值。
消耗能量显然是所有复杂、有组织系统的共有特征，能量流也因此成为所有科学最具统一性的过程标志，足以令人信服地界说二十个数量级以上的时空中所有系统的起源、演化和复杂性提升的原理和过程，尤其是个体系统及多世代系统涌现、步入成熟并最终消亡的过程。稳定运行的系统，无论是星体还是生命或文明，都有一个最佳能量流动的幅度，过高或过低都会导致整个系统的崩溃。就能量流动而言，最重要的一点是流量的适宜性，因为流量过少会造成供应不足从而无法运转，而流量过多也会因为超载而造成毁坏。
当然除此之外人们可能会找到许多用以测量物理、生物和文化演化的工具，但若要求得统一和普适的测量工具则非此莫属。我们绝不能低估这种统一的经验式测量工具的重要意义，因为它至少能够帮助我们在“同一页纸上”（如图2所示）勾勒出整个宇宙史上众多系统演化的轮廓。
结语
宇宙演化是对从大爆炸至当今人类近140亿年的众多历史事件的科学综合，它极富广延性和包容性。它关乎我们人类自身的真实属性和历史缘由，因此自身便构成一种强有力的宏大叙事，而且它还为全球史和大历史的叙事提供了有益的量化方面的补充。宇宙演化的两个基本关注是系统变迁和复杂性提升，特别强调包括星系、恒星、行星、生命和人类社会等所有复杂系统都是密切相关的，主张演化乃一具有普适性的观念，实为全部现代科学的统一原理所在。
能量乃贯穿所有物理、生物和文化知识的最重要的一个因素。不断扩张中的宇宙中的能量是我们所能观察到的整个自然界中一切事物演化或变迁的根本性的普适驱动力，而能率密度为我们提供了一种明确的加权测度能量流的手段，使我们能够以此衡量所有复杂系统的复杂度，我们也因此能够了解到为何在整个自然史的演化过程中有些系统能够最大程度地获取并支配能量，而另外一些系统却不能并因此消失。
人类社会及其发明的机器是迄今为人所知的消耗能量最大的系统，因此有可能是整个宇宙中迄今涌现的最为复杂的系统。借助文化创新并辅以可用Φm值提升度衡量能量的增量分配，二十一世纪的人类便可以挑战日渐恶化的生存环境并进一步支配——实为逃离——这种环境。技术文明及其本质上必须消耗能量的事实可谓加速文化变迁的某种触媒，其原理正如宇宙演化本身一样，虽则不会停息，却也无缘关爱且鲜难预测。
胸怀大局，接受变迁，合理使用能源，先适应，而后才有可能走向繁荣。
（致谢：在此，笔者感谢哈佛大学的师生及史密森天体物理学中心的同仁，在过去几十年来里，他们就此话题与笔者进行了无数次非常好的讨论。）
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