－環境與人
在我回到成功大學任教之後的幾年，大約是1973年左右，開一門單元操作的課，講熱傳送的部分。那時正是全世界第一次能源危機的時候。第一次上課我就在黑板上寫了兩個問題，告訴同學們這兩道題在期末考時一定會出，請大家花一個學期的時間想出答案來。其中的一題是：以熱傳送的觀點，提出一些解決能源問題的構想。到了期末考的時候，我依約出了這兩題，在總分之外各佔10分，答得好的加分，答得不好的不扣分。結果大部分同學的答案都不能令我滿意，都是把課本或是我講過的話寫下一段來，不是自己的構想，也談不到創意。只有一位同學的答案令我印象深刻。以下大致是他的意見：
我們常說：「人定勝天」。這句用來鼓勵人，勉勵人的話需要加以修正。什麼是天？就是大自然。人是大自然中的一部分。人是不可能征服大自然的，而是要與大自然協調，與“天”協調。因為要與大自然協調，取得一個最佳的平衡點，所以人的生活水準不能無限地提昇，要適可而止。
這位同學的答案雖然不是很對題，但卻指出問題最重要的癥結。時間又過了廿多年，能源的問題依然存在，環境的問題，包括二氧化碳排放的問題甚至更為嚴重了。1998年五月五日和六月二十九日，李遠哲先生和克林頓總統在北京大學的演講中不約而同地都提到這些問題，因為已經成了世界性的嚴重問題，就像我的那位學生在二十多年前所指出的，如何與天協調?
人真的能與大自然協調嗎？人只是大自然中的一部分，而且是暫短渺小的一部分。所謂與大自然協調，是一句過份地自我膨脹的話。有人說佛法無邊，有人說上帝是全能的，佛與上帝是不是就是大自然的代表呢？人實際上並沒有資格與佛或上帝談條件，只能設法揣摩上意，按照他們的旨意行事的份；人也沒有資格與大自然協調，只能設法瞭解大自然的規律，按照他的規律行事的份。
人有一些天生的本能，所謂眼、耳、鼻、舌、身、意。人生了眼睛，所以能看到光與色，能夠察覺到物體的存在。但人的眼睛只能察覺到紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫這個小範圍之內的光與色。在這個小範圍之外，波長比紅光更長的叫紅內線，波長比紫光更短的叫紫外線，還有更多的光與色，人的眼睛是察覺不出來的。人生了耳朵，所以能夠聽到聲音，但是人的耳朵只能聽到一個小範圍之內的波長的聲音。波長更短的超音波蝙蝠可以察覺得出來，但是人不能；波長更長的低音，人也聽不到。人生了鼻子，所以聞得到氣味，但是大家都知道人的嗅覺能力是很有限的，狗就強得多。因為人生活在空氣中，而空氣中經常有一些水汽(或濕度)，也經常有一些二氧化碳，因此，人的嗅覺察覺不出空氣中氧、氮、水汽和二氧化碳的味道。人生了舌，有味覺，所以能嚐得出許多天然物的甜、酸、苦、辣。但是，有許多劇毒的藥品對人的舌來說是沒有味道的，不是沒有味道，是人的舌察覺不出它的味道。人的身體有觸覺，所以能察覺得出物體的軟、硬、冷、熱、形狀和大小，但也是在有限的範圍或尺度之內，人摸不出空中懸浮的微塵，也摸不出地球的大小。
地球上的每一種生物都有求生存、求傳宗接代、趨吉避凶的本能。這些本能所倚賴的就是幾種感官。這些感官靠著視覺、聽覺、嗅覺、味覺、和觸覺收到各種信號，靠著意識判斷其吉凶而決定是趨之或避之。看到的是獵物，快去捉；看到的是大老虎，快逃；聞到的是蘋果香，吃掉它；是狗屎臭，躲開…。大自然在各種動物進化的過程中使他們所擁有的各種感官配置得很經濟，夠用就好了，不需要每種動物的每種感官都很靈敏。狗的嗅覺特別好，視覺就可以差些；老鷹的視覺特別好，嗅覺似乎就不重要了，…。大自然對各種動物的感官的配置看起來並不很公平，人的各種感官雖然都不是很靈敏，但是第六感官–意識的綜合判斷和思考的能力特別強，因此而在自然界中佔盡了上風，佔了許多優勢。
因為人是意識力特別強的動物，因此在飽暖而生存無慮之餘，能夠靠著各種感官欣賞大自然之美：山明水秀之美、清風明月之美、鳥語花香之美、…，進而欣賞人生百態之美。再仿效大自然之美創造了人工之美，美術、音樂、烹飪…來使各種感官能有更多的滿足，進而創作了戲劇和文學來滿足人們的心靈。因為人是意識力特別強的動物，所以才能發展成為有文化的動物。
因為人的感官的原始目的是趨吉避凶，所以無法察覺得出來與原始的自然界中的各種吉凶無關的信號。例如前面所說的，人生存在空氣中，處處都有空氣，處處的空氣中都含有大約79%的氮、21%的氧，少許的二氧化碳和水蒸氣。因此，人的鼻子沒有必要嗅得出氧、氮、二氧化碳和水蒸氣的味道。如果森林失火了，燃燒的結果是產生了一些二氧化碳和水蒸氣散在空氣中，不大會產生有毒的一氧化碳。因此，人沒有嗅得出一氧化碳的味道以便逃避的必要，只要知道被火燒著了很痛，趕快逃開火場就夠了。文明的人在通風不良的屋子裡燒煤球爐或瓦斯爐，常常發生因為吸了有毒的無嗅無味的一氧化碳而瓦斯中毒致死的事故。這是在科技進步的過程中的很不幸的事，也是可以避免的事。在自然的
環境中，處處都有地磁的磁場，處處都有來自太陽的輻射線，如伽馬射線、ｘ射線…等等。人沒有生一種感官來察覺出這些磁場和輻射線的必要，一方面因為它們很微弱，對人體不致造成什麼傷害，二方面因為它們存在的範圍很廣，逃也逃不掉。在文明人的環境中，難免有因為感覺不出來，而曝露在強大的人造的磁場或輻射線中，而造成傷害的事件發生。這也都是在科技進步的過程中的很不幸的事，但也是可以避免的事。人的感官無法察覺得出沒有味道的毒氣，磁場和輻射線…等等，但是用儀器來檢測是很容易的事。有人懷疑一些侯鳥是因為感覺得出地球的磁場而辨識飛行方向的，此一說法尚待證實。
前文中曾提到過：人的生命，活得久的可以超過一百年，所以對一個人來說，一百年可以算是一段很長的時間了。在日常生活中，很少因為幾分之一秒的時間而造成什麼差別，因此，十分之一秒可以算是一段非常短的時間了。人的身材，高大的約兩公尺。目力好的人在一個大平原上極目望出去，也許可以看到幾公里以外的東西。對於一個人來說，一百公里應該算相當遠了。對於一個視力好的人，一根蜘蛛絲算是很細了，更細小的，小於百分之一公釐的東西就看不到也感覺不出來了。因此，人是生活在由十分之一秒到一百年，由百分之一公釐到一百公里的時空範圍之內，如把圖3-1改畫而成的圖4-1。對於人來說，這是一個很大的範圍，但對於大自然來說，這是一個非常渺小的範圍。
在人所生活的範圍的外面有無窮大的時空。夜間到沒有光害的野外去看看星空，每個人都會體認到自身的渺小。一光年是光走一年的距離，相當於九兆多公里。我們看到的星空中的恆星，離我們最近的也在好幾光年之外。我們的銀河系的直徑約八萬光
年，裡面有約千億顆恆星，真可說是恆河沙數了。離銀河系最近的在仙女座的星系又在兩百萬光年之外。…。宇宙之大真是大得難以想像，而原子核裡面的基本粒子和外面的電子又是小得讓我們難以想像。
因為人是一種有意志力的生物，靠著智力發明了工具，靠著工具把活動的時空範圍擴大了很多。各種顯微鏡可以把人帶到極其微小的世界裡去，小到十億分之一公尺。但是最高倍率的顯微鏡還不能直接看到最基本的粒子而只能間接地用學理來推測。各種望遠鏡把人帶到極其遙遠的太空中去，除了體認到宇宙之浩瀚外，也瞭解了太空中有什麼，發生了什麼，進而推測我們自己的銀河系、太陽系以及地球當初形成的過程以及未來的命運。天文學讓人們瞭解了一些極長程的過去和未來的命運。因為在時空上太遙遠了我們可以不必去關心或擔心，實際上也完全沒有能力或資格去關心或擔心，否則就真的是杞人憂天了。
地質學家、古生物學家和考古學家讓人們瞭解了一些在地球形成以後的發展過程。歷史讓人瞭解了一些在人類有了文明以後的發展過程。天文學、地質學、古生學和考古學都屬於自然科學的範疇，研究的對象是物，講求的是證據，因此，經過證實的結論的可信度應該很高。歷史屬於人文科學，雖然也要講求證據，但是由人來研究人，有些地方難免失之主觀，因此，一些細節，譬如王安石到底是好人還是壞人，應該可以不必深究，但大方向的正確性是不會錯得太多的。瞭解了過去是不是應該可以推測將來？是不是以人類自己的力量可以使未來後代子孫們的命運變得更好些？這是我們現在所要討論的主題。
人的能力和生活的時空尺度與大自然相較既然如此渺小，現在如果採取一些適當的措施是不是可以改變未來的命運呢？在某一個限度之內，答案是肯定的。我想先舉一個不是很恰當的例。
以前曾聽過一位從事環保工作的校友演講，講的是土壤復育的問題。一塊土地受到了油的污染可以用生物的方法使之復原。土壤裡本來就有許多各種各樣的微生物，有一些細菌是可以把油污分解掉的，它們以石油中的各種成份為食物。講到這裡有人一定會提出這樣一個問題：為什麼地下油田中的原油沒有被細菌吃掉呢？原因是油田中沒有適合它們生存的條件。它們需要充份空
氣的供應和適當的水份。這對一位工程師來講是太簡單的事，只要經常把這塊受了污染的土地翻鬆，讓它通風良好並且維持適度地濕潤就可以了。這些細菌有了合適的生活環境，又有充份的食物，於是大量地繁殖，吃掉油污而產生活動所需要的能量，死了以後的屍體成為土壤中無害的成份。等過了夠長的時間以後，油污被消耗光了，土壤復育的任務完成了，細菌沒有食物的供應也就很難再繁衍下去了。
這對人來說，是一個土壤復育的好方法。但是，如果站在細菌的立場來想又是如何呢？細菌沒有大腦、沒有意識力、不會思考，如果它們會的話，會有怎麼樣的想法呢？生存的環境突然變得很好，有充份的食物供應，又能順利地傳宗接代，…。於是它們心存感恩，這必是偉大全能的造物主的眷顧。但是它們不知道，它們最終的命運是工程師早已設計好了的，等到土壤復育的任務完成後就得面對滅亡，整個的時程對細菌來說也許是一段很長的歷史，就像原始時代®石器時代®銅器時代®…®工業革命®原子時代®資訊時代®…一樣，但對這位工程師和這塊土地的所有人來說，是一段短得可以接受的時程。
以上不是一個很好的比喻，因為人的能力比細菌大得太多了，生存的時空範圍也是大得太多了。如果也為這些細菌畫一個如圖4-1的圖的話，應該是在人的圓圈左下方的一個非常小的圈圈。
大自然的時空範圍是無限的，但是一個個人或是一個團體、國家、種族甚至一種生物其所能享有的時間、空間、資源和能源都是有限的。我現在想討論一下在有限的空間、資源和能源的條件下，享受多麼長時間的多麼高品質的生活的問題。我們在訃聞上不是常看到享壽多少歲的字樣嗎？壽有長短之別，享受的品質也有高下之別。
以一個個人為例，生活的品質可以從不同的角度來看，也是很難量化的。一隻小狗，一出生就是一隻寵物，飽暖無慮，大小便都要主人用鍊條牽著去解決，一輩子都不知道山野間有多大的天地，而在山野間馳騁的野犬，多麼自由自在，但是天天都要為抓些小動物果腹而辛勞，時時都要為避免被更大的動物抓去果腹而擔心。二者相較，誰的生活品質高，是很難說的事。達官顯要，富商鉅賈，生活優裕但也經常要面對許多頭痛的問題；一些大學教授，日夜埋首在學術研究中，別人覺得好辛苦啊，但他們卻一直陶醉在忙碌中；一群花天酒地的人，別人覺得太沒格調、品味太低了，但他們卻一直樂在其中。誰的生活品質比較高？也是很難說的事。一個人的生活品質，是應該依自己的感覺還是由旁觀者的判斷來決定呢？
如果一個人的生活品質可以由一位公平的評判者加以評定並且量化的話，我們便可以拿生活品質為縱座標、時間為橫座標，畫成圖4-2。圖4-2中是幾個人的一生中的生活品質曲線：甲一輩子過得都很好，生在一個好環境中又能充份地加以利用；乙一輩子都過得不好，幼年時環境不好，爾後又不能力爭上游，像丙那樣；丁與丙正相反，幼年時環境好，但年歲越大日子過得越差；…。不同的例子我們當然還可以舉出很多來，而實際上的人生的生活品質曲線都會起起伏伏，不會像甲乙丙丁那麼簡單。每個人所追求的都應該是兩方面：一是要使這曲線盡量向右延伸，二是要使這曲線的高度盡量提高，綜合地說就是曲線下面的面積愈大愈好，說得通俗些就是福壽雙全的意思。
前面提到，每一個個人、團體、國家、種族甚至每一種生物都應該是在有限的空間，資源和能源的條件下追求最長時間的最高品質的生活。時間與空間有一些基本性質上的差異。以一個人為例，他的時間屬於他自己，雖然每個人每天的時間都是二十四小時，但我的二十四小時屬於我自己，如何分配完全由我自己，不會因為今天我多睡了一小時的覺或是多讀了一小時的書，就會使另外一個人少睡一小時的覺或是少讀一小時的書。每個人的生命也是有限的，不可能長生不老。但是每個人都可以由著他自己的意思，多注意健康使自己活得長些或多做些不利健康的事使自己少活幾年。每個人一生可以活的時間屬於他自己，不會因為他多活了幾年就會使別人少活幾年；也不會因為他少活了幾年另外一個人的生命就可因此而延長幾年。每一個個人、團體、國家、種族甚至每一種生物所享受或用掉的時間都不會影響到別人可資運用的時間。
空間與時間的性質有些不同。首先，時間有一去不返的性質，不管曾否有效地加以利用，都會消逝而無法回收。但空間卻正相反，是不會被消耗掉的，只是會被佔據或佔用。宇宙中空間雖然是無窮的，但人類可以生存運用的空間卻很有限。其與時間的最大不同在於使用上的排擠性或排他性。學生上課時是一個人一個座位，如果有一位同學用幾本書放在上面佔了一個座位，別人就少了一個座位。一片田地上種了甘蔗就不能也種水稻；一塊領土如果屬於這一個國家就不能屬於另外一個國家。一個個人或團體，如果能擁有較多的空間，生活的品質自然會好些。但是，這一個人或團體擁有的空間多了，其他的人或團體的生活空間就會少些，生活的品質因而就會差些。古往今來，大家為了生存或是生活得好些而爭奪空間，不知打了多少仗，死了多少人，整個人類的歷史也許可以說是一個空間的爭奪史。在時間的運用上也有類似的排擠性。一段時用來讀書就不能用來運動，用來工作就不能用來休息。讀書、運動、工作、休息都是該做的事，時間分配得宜會使自己生活的品質變得好些，但不會影響別人的生活品質。
為了提高生活的品質，對時間和空間都要作有效的運用，也要設法提昇時間和空間的品質。怎麼樣提高時間的品質呢？就是盡量在每一個時段中做高品質的事。譬如該睡覺的時候，睡得很熟，就是一段高品質的時間，失眠了，就是一段低品質的時間。怎麼樣提高空間的品質呢？就是盡可能在每一個空間中放進高品質的東西。譬如一片山坡地，不去開發它也許最好。一個客廳的佈置也有雅俗之別。在空間的規劃和運用上，最重要的是要顧及在有限的空間中與其他的個人、團體、國家、種族、甚至其他生物的共存共生的關係，也要使有限的空間免於污染破壞。譬如高爾夫球是一項老少咸宜的運動，但是在台灣這個地窄人稠的地
方，開發了高爾夫球場而不會影響水土保持，不會因為農葯而污染水源的地點難找，而且所佔的空間大，享受得到的只是少數人，使多數人活動的空間更少了，是不是應該推廣呢？為了開發農地而燒山，引起印尼的森林大火，霾害波及鄰國，是非常不幸的事。地球的表面上是一個大的生態平衡的系統，人也是其中的一部分或是一個環節，如果這個平衡系統被破壞了，地球上的環境也會變得不適宜人的生存。多替別人想，對自己的長程利益來說，是有好處的。
在中學的物理書中我們都學過兩個定律，一個是質量不滅定律一個是能量不滅定律，質量和能量都是不能創造也不能消滅的。讓我們先談質量或是物質或是資源的問題。地球上各種的資源都是有限的，但任何一種資源都不會被「用掉」而消失，只是由原料或材料製造成為成品，經過使用之後變得不好用了而成為廢棄物或是垃圾。近年來在媒體上常常看到垃圾大戰的新聞，誰都不願意把自己的地盤變成垃圾堆或掩埋場，也都不願意與焚化爐做鄰居。仔細考量一下，掩埋、焚化、填海都不是處理垃圾的最理想的做法，最理想的做法是把垃圾轉化為資源。在若干前年，我們沒有垃圾問題，主要的原因有兩點：那時大家的生活節儉，消耗的資源少；所產生的廢棄物也都加以回收再利用。這兩點也是今後解決資源有限與廢棄物處理問題的唯一途徑。
家庭垃圾的分類、回收與再利用的技術很簡單，困難之點在於制度的建立和習慣的養成。事業和工業廢棄物資源化的技術面也並不困難，困難之點在於成本效益的考量。但因為這是唯一的途徑，最後總會有一天大家都走到這條路上去。眼光看得準走在前面的難免在競爭上佔些優勢。
能源的問題與資源有一些相似的地方：能量和質量都是不能創造也不能消滅的，地球上有許多礦產資源蘊藏在地下也有許多能源以煤、石油、天然氣、油頁岩等的形式蘊藏在地下。但是能源與資源有個重要的不同的地方:太陽仍在繼續不斷地以輻射的方式把能量輸送到地球上來，但我們沒有地球以外的資源的來源。資源經過使用之後所產生的廢棄物是可以再生而成為同一形式或不同形式的有用資源，但高品質的能量經過利用作功之後成為低品質的能量，而將低品質的能量再轉化為高品質的能量加以利用是不可能的事。換句話說，資源的垃圾是可以回收再利用的，而能源的垃圾不可能回收再利用。廢棄的資源經過回收之後就不會造成對環境的污染，而廢棄的能源因為不可回收，全部都要釋放到地球的環境中而成為熱污染。
圖4-3是一個發電–用電系統的簡要示意圖。在一個火力發電廠裡把燃料(煤或油)燒掉產生高溫的氣體，因為溫度高，其中
所含的能量是品質高的能量，可以用來發電。但是，不論多麼新式的發電廠都有一定的效率，燃料燃燒所產生的熱能只有一部分
轉化為電能，其餘的部分以廢熱的形式散到環境中。發電廠中所產生的電能在輸送到用戶的途中會有少許的損失，也是成為熱能散到輸電線路四週的大氣中。電能被送到工廠及家庭中後，驅動各種的電動機械和器材而作功，同時成為廢熱而散佈在四週的環境中。廢熱的量和輸入的電能的量是一樣多的，就像用一個瀑布的水力來推動一個水車一樣，進入水車的水和出來的水是一樣多的，只是出來的水不再有推水車的能力。因此，像圖4-3的一個火力發電–用電系統運作的後果是：利用電能作了不少的功–拉了車、推了磨、…，同時也把燃燒時所產生的全部熱能和二氧化碳排放到週遭的環境中。由於二氧化碳的排放所造成的溫室效應，現在已成為全世界所關切的重要問題。
前面談到時間與空間的問題，我們生活在一個三度的空間裡：前後、左右、上下，只要知道了一個基準點，再告訴向前(或後)多少距離、向左(或右)多少距離、向上(或下)多少距離，就可以明確地決定另一個點的位置。我們可以用圖形或模型把三度空間中的形像表示出來。如果把時間也當作另外一度－第四度的空間的話，我們就是生活在一個四度的空間裡。我們不能以圖形或模型來表示四度空間中的形像，但是不難想像得出來，因為我們自己就是生活在這樣一個空間中。如果有一種生物生活在沒有時間的三度空間中，或是沒有高度的三度空間中，或是沒有高度也沒有左右的二度空間中，我們不難想像他們的生活和思考方式，但是他們無法瞭解也無法想像我們在四度空間中的任何事或物。以我們的感官和儀器也不可能察覺出沒有時間或是壽命等於零，沒有高度或是厚度等於零，和沒有高度也沒有寬度的任何物體。細菌和基本粒子的生命雖然極為短暫也非常渺小，但還是壽命和尺寸都不等於零的四度空間裡的東西。
我們生活在時空的四度空間中。有沒有一度、二度、三度空間中的事、物、或生命呢？我們不知道，因為如果有的話，以我們的感官和儀器也不可能察覺得出來。有沒有五度、六度和多度空間的事、物、或生命呢？我們不知道，因為無法想像那是怎麼樣的境界，只有學數學的可以用方程式來描述一下。
大自然是無窮的，而人的感官的能力有限，生活的時空尺度有限而且限制在四度的空間中，因此，對於大自然的許多規律和現象我們不瞭解的地方很多，尤其是近來大家常談的所謂超自然、靈異的現象。如果沒有確切的證據，我們不可以武斷的結論，說「沒有」或「不可能」，而是應該說：「我不懂」或是「不知道」。當然也不能因為無法證明其不可能就判定為有。我們不能強不知以為知，也不能牽強附會。多讀些自然科學常識的書就會培養出一些判斷力，來判斷那幾句話頗有道理，那幾句話牽強附會的成份過高。
在浩瀚的大自然中人是非常渺小而暫短的，能力也非常有限，可資使用的時間、空間、資源、能源也是有限的。人要追求高品質的生活同時也要珍惜時間、空間、資源和能源，也要瞭解在地球上與其他的人、其他的生物、甚至沒有生命的天然環境間共存共生的關係。如果為了提昇自己生活品質而不知嚴守自己的分寸，大自然的懲罰可能會很嚴重的。