為什麼要費心「做環保」?一個科學的理由:熵

為什麼要費心「做環保」?一個科學的理由:熵

從前有個畫家,他分別有 3 種基本色的水彩顏料,可以混合出各種色彩,盡情畫出腦海中的圖畫;但有一天,他忽然懶惰起來,沒有好好擺放顏料,清洗用具又馬虎,弄得它們全混在一起,結果變為單一的:灰色!再也畫不了彩色的畫,畫家十分後悔。

在生活中,我們習慣分開擺放純物質,一般認為這樣的安排是「有序的」、「有用的」、「便利的」(大家都不願意看到調味架上的糖和鹽被人搗蛋混在一起,對吧?)。但此舉背後的科學理由是:因為在混合發生前,「熵」總是維持在最低的水平,我們仍有選擇,有能力去決定之後如何運用。

那,熵是什麼?

熵的概念

簡單來說,熵(Entropy),是一個物理或數學概念,對「混亂度」或「隨機性」的表述。舉一生活例子:我們視圖書館裏的書為一系統,排列好時,是在低熵的狀態,而攪在一起時,系統就立即跳升至高熵的狀態。要把它還原排回原樣,便要花人的能量和時間去從頭排列起。這裡說明:由低熵到高熵容易,高熵返回低熵困難(耗時耗能)。

熱力學第二定律(熵增原理)告訴我們:任何動作行為,無論是移動或改變,都將會導致世界的熵總量上升。而最重要的是,不論靠任何自然或人的作為,這個過程都不能避免或逆轉。再舉一個切身災難性的例子:日本核災洩漏的放射性粒子,將不會再次集中到核電站,可謂覆水難收。

這種擴散中的混亂性,若說要制止,甚或要回收,對現今頂尖的科技來說,都仍是令人頭痛的難題。

熵、生活、環保

或許有人會認為環保極之麻煩,浪費時間金錢亦無必要,因為他們抱持的態度是:「儘管每天產生大量垃圾,但它們仍然都來自地球嘛!現在(環保)並不是一個急切的問題,只要我們想的話,日後隨時可以把這些無用的垃圾變回有用呀!」

在了解熵的概念之後,你就會發現,事實上,地球的情況並非如此樂觀。

如果再拖拖拉拉,延至最後關頭才去補救,我們必須付出十分大的代價,甚至是,無法回頭。

所以,環保的意思不單只是「保護環境」,其實內涵比這更多。

它是一種選擇方式、一種生活方式,指人類有意識的、謹慎的選擇和活動,其目的是盡可能減緩整個地球的熵上升。也就是說,所謂人類「對環境好」的選擇,就是在眾多選擇當中,選取引起最少熵上升的一個。

我們的選擇!

人的選擇是決定性的。
如果人沒有選擇,環保便談不上意義了,而這篇文章也做不到什麼。
在我們日常生活中,有很多方法可以達致相同目的,而科學可以告訴我們哪一個方法是最/較環保的。例如:比較它們的碳足跡、水的使用量、能源使用量,而我的建議,就是用熵作參考。來看一些例子。

1. 可回收的物料如玻璃和塑膠,應返回純物料的閉合循環之內,若棄在堆填區或沙灘像亂葬崗般,只會造成污染和資源浪費。(閉合循環之內的熵維持在穩定)

2. 利用自然風乾衣,比用乾衣機環保,因為乾衣機需要能源,而發電的過程會對外排出廢氣,提升系統的熵。

3. 雨水其實十分潔淨,不好好收集利用,卻任由它流入下水道與污水混在一起,實在浪費!(低熵的雨水還沒做什麼貢獻就被推到高熵去了!)

4. 食材需要經過一番灌溉、運輸、清洗、加熱烹調,才成為我們桌上的食物,在熵上的記帳不少,但如果還沒有好好被吃完就被丟掉,就更是無法原諒了。

而除了我們一般消費者,廠商和產品設計師,對環保也有很大的責任。

1. 低效率的電器,會浪費更多的能源。

2. 生活中失敗設計的例子不少,如僅有冷水和熱水出口的蒸餾水機。(若某人只是想要常溫水,便只好混合冷水熱水,雙重浪費能源!這是多荒謬的設計?)

3. 設計忽略部件拆解的可行性和方便性,使物料回收的過程舉步維艱。(幸好現在開始愈來愈多人了解「從搖籃到搖籃」的設計理念,Cradle-to-cradle design)

總結

為了不讓地球的情況再惡化下去,我們應該在地球變得混亂不堪之前,採取行動,在生活中作出謹慎智慧的選擇。若地球的熵升至頂峰,再沒有純物質(就是那個畫家只有灰色水彩的時候!)我們便無計可施,後悔莫及了。

及早行動!我們現在的選擇,將會使世界的未來有所改變!

《關於作者》
戴曉峰
環保-設計-科學-文字:都是興趣。拙作於臉書:〈綠色幽默綠的詩〉〈一物一生〉。希望日後都能以創意或設計的手法來推動環保。

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執行編輯:郭姿辰
核稿編輯:張翔一

Photo Credit:Shutterstock

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