大自然的節(jié)能之謎

丁天然

隨著世界人口的增長和經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，人類面臨著日趨嚴(yán)重的能源危機(jī)。據(jù)有關(guān)專家估計(jì)：按目前的耗能速度，再過七八十年，世界能源將完全枯竭。因此，提高每個(gè)地球居民的節(jié)能意識并付諸實(shí)施，已成為當(dāng)今世界迫在眉睫的頭等大事。相反，大自然在節(jié)能工作中卻已先聲奪人，為我們樹立了榜樣，只是無數(shù)令人稱奇的節(jié)能趣事鮮為人知罷了。

取一大塊金屬，在它的兩端固定兩個(gè)電極并與電源相接。金屬中流過的電流因遵守焦要定律而產(chǎn)生熱量。假設(shè)電流在這塊金屬中可能有各種不同的分布，而每種分布又將產(chǎn)生大小不同的熱量，這時(shí)，電流就一定會采取一種使熱量的產(chǎn)生率為最小的分布狀態(tài)，以便盡可能多地節(jié)約電流的功。事實(shí)上，流過金屬體的電流在任何情況下都是沿耗能最少的路線流動的。

光的速度為每秒30萬公里，是大自然中的“賽跑冠軍”。然而，光在傳播中總是爭分奪秒、寸陰是惜，用最短的時(shí)間走完要走的路線。在同一種介質(zhì)中，光線從一點(diǎn)到另一點(diǎn)總是走直線，這是因?yàn)閮牲c(diǎn)之間直線最短的緣故。在兩種不同的介質(zhì)中，先走的是折線。因?yàn)檫@時(shí)走折線比走直線用的時(shí)間還要少些。根據(jù)廣義相對論原理，在強(qiáng)力場作用下空間會發(fā)生彎曲，在這種彎曲的空間中，兩點(diǎn)之間的最短距離是一條曲線。光永遠(yuǎn)走最節(jié)約時(shí)間的路徑，因此在強(qiáng)力場中，光是沿曲線前進(jìn)的。這一理論早在1919年已首先被英國天文學(xué)家利用一次日全食的機(jī)會所證實(shí)。光為什么盡可能節(jié)約時(shí)間呢？這是因?yàn)楣馐鴤鞑r(shí)間越短，在沿途中被散射的機(jī)會就越少，光束的能量損失得就越少。所以，光線也是節(jié)約能量的行家里手。

你可能認(rèn)為太陽是最不知道節(jié)約能量的吧！它每秒鐘向宇宙空間輻射86億億億卡的熱量。雖然到達(dá)地球的只占太陽總輻射能量的20億分之一，但正是這部分能量驅(qū)動著地球上的各種運(yùn)動，滋養(yǎng)著人間萬物的生長。其實(shí)，太陽這樣做自有它的道理。太陽的質(zhì)量為2×10（32）千克，是太陽系中最大的恒星，它要受到宇宙中眾多星體的引力作用。為防止自身的坍縮，太陽必須用熱輻射的方式去平衡來自各方面的引力。實(shí)際上，太陽每秒鐘釋放出的巨大能量剛好與引力作用平衡。為此太陽上進(jìn)行著極為周密的受控?zé)岷朔磻?yīng)，每秒鐘損失400萬噸質(zhì)量，不多也不少，變成能量后輻射到宇宙中，抵消了引力的影響，也維護(hù)了自身的存在。所以說，太陽在維護(hù)自身的生存中也是極其注意節(jié)能的。

生物科學(xué)家們確認(rèn)，自然界中的所有植物都具有強(qiáng)烈的節(jié)約“意識”。雖然植物利用發(fā)達(dá)的根系能汲取到盡可能多的水分和養(yǎng)料，但卻從不大手大腳，隨意揮霍，各自采用了不同方式的節(jié)水節(jié)能措施。冬青之類的長青植物在葉子表面有一層油脂，防止了水分的大量蒸發(fā)。小麥和很多熱帶植物在白天太陽最熱、蒸發(fā)最快的時(shí)候，用把葉面上的氣孔關(guān)閉的方法減少蒸發(fā)，達(dá)到節(jié)水保水的目的。更有趣的是，很多植物的葉片在枝莖上的分布，鱗片和花序的螺旋結(jié)構(gòu)都遵循一種由中世紀(jì)意大利數(shù)學(xué)家列奧那多·斐波那契發(fā)現(xiàn)并研究的數(shù)列，即1,1,2,3,5,8,13,21,34,55，……數(shù)列。例如向日葵花盤中的小花（或粒數(shù)）順時(shí)針螺旋數(shù)與逆時(shí)針螺旋數(shù)之比總是13／21或34／55。究其原因，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，這是一種最節(jié)能的排列方式，它能使植物體內(nèi)養(yǎng)料的輸送、細(xì)胞的增生和信息的傳遞均沿一條捷徑，即耗能最少且最有利于植物生長的方式進(jìn)行。

與植物相比，動物的節(jié)能本領(lǐng)更是技高一籌匠心獨(dú)運(yùn)。蜜蜂是最有靈性的昆蟲，它們在一晝夜中能建起幾千間六角形巢房，體積又幾乎都是0.25立方厘米。據(jù)科學(xué)家分析，這樣的結(jié)構(gòu)不僅可用最少的材料獲取最大容積的空間，而且建筑時(shí)間最短，因而耗能最少。采集花蜜是蜜蜂最辛勤的工作，要釀制1公斤蜂蜜，工蜂們必須在200萬朵花上采集原料。為了節(jié)約能量、提高工效，蜜蜂依靠靈敏的嗅覺判斷，從來不采集已被采過花蜜的花朵，這能使它比隨意采蜜多收獲24％。由此看來，蜜蜂不僅是優(yōu)秀的建筑師、釀造師，而且是最善節(jié)能的經(jīng)濟(jì)師。

鳥的起飛與飛機(jī)一樣，是一種異常劇烈的運(yùn)動，要消耗很大的體能，因而鳥類極為重視起飛過程中的節(jié)能。鳥兒總是逆著風(fēng)向起飛，使身體與風(fēng)之間具有最大的相對速度，因而得到了盡可能大的舉力，鳥兒在耗能最少的情況下便可順利升空。即使鳥兒在天空中飛翔，也多半是借助高空氣流的變化，御風(fēng)而動，循風(fēng)而翔，省力又節(jié)能。至于雁群在長途飛行中常常排成人字或一字形，則更是人所共知的節(jié)能之舉。最近科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，候鳥遷徙實(shí)質(zhì)上也是鳥類均衡地利用地球上的熱能資源，有效地節(jié)能的一種措施。雖然鳥兒每年的遷徙要花費(fèi)大量時(shí)間，飛越很長的距離，耗費(fèi)大量的能量，（據(jù)計(jì)算，候鳥遷徙飛行中每晝夜耗能大約是普通定居條件下的6～8倍。）然而來到氣候溫和的南方過冬比留在寒冷的北方過冬，能節(jié)約大量用于調(diào)節(jié)體溫的能量。因此從整體上說，候鳥遷徙仍是非常劃得來的，是鳥兒在長期進(jìn)化過程中形成的一種綜合性節(jié)能習(xí)性。

節(jié)能在一些哺乳動物中也相當(dāng)普遍。例如身長體胖的象海豹是一種行動困難的巨大動物，它們甚至在呼吸時(shí)都要耗費(fèi)很大的能量。為了節(jié)能，象海豹常常在每呼吸4分鐘后就屏息25分鐘。一晝夜的實(shí)際呼吸只有3.3小時(shí)。這是一種獨(dú)具特色的節(jié)能法—呼吸暫停法。它可以使象海豹減少體內(nèi)水分流失、降低新陳代謝過程，以達(dá)到節(jié)能的目的。

為什么自然界乃至一些自然規(guī)律都具有節(jié)能特性呢？目前這一問題還不能解釋得十分清楚，雖然科學(xué)家們提出了很多觀點(diǎn)，但眾說紛紜，莫衷一是?？墒怯幸粭l原則卻是大家都可接受的，即在萬物的產(chǎn)生、發(fā)展和消亡中，能量具有至關(guān)重要的作用，能量又不是取之不盡用之不竭的，屬于任何一個(gè)生物或物體的能量都是有限的。為了維護(hù)自身生存的持續(xù)性，就必須在生存的各個(gè)環(huán)節(jié)注意節(jié)約能量，降低消耗，而那些無限量的耗能者，必將在進(jìn)化過程中被拋棄和淘汰。因此，節(jié)能便成了大自然所必須遵守的一條基本原則并以各種方式表現(xiàn)出來。

愿地球上的每個(gè)人都盡早認(rèn)識并執(zhí)行這條基本原則。