早在两百多年前英国经济学家马尔萨斯便提出：每当技术革命步入尾声，技术扩散红利衰退，世界经济低增长，人口增加到一定层度便会出现粮食紧缺，人地矛盾，战争与疾病，俗称马尔萨斯陷阱。当然其表现形式也有许多其他名称诸如零和博弈，修昔底德陷阱等等。

经济增长中的马尔萨斯陷阱

纵观人类历史，这一规律貌似从未打破，有人说2020年的今天从科学技术上来说全球生产的粮食早已足够所有人类食用且还有剩余。此话不假，但话分两头说获得高产量粮食的同时我们又侵占了多少自然土地资源，破坏了多少生物多样性呢（例如美国高度工业集中化的养殖业，在提高产量的同时，使单一细菌病毒更容易变异与传播）？代价又是什么？

尤其是2020年新冠疫情爆发给全球蒙上一层阴影。也许你认为这仅仅是一次意外，不过在医疗大数据面前这些早已被推演出来呈现出数字几率的表现形式。

同样是人口增加到一定程度，上一次工业革命的红利逐渐被消耗殆尽（纳米、基因、量子计算、人工智能、无人驾驶的不给力），而人们的欲望不曾减少，运用如今的技术势必会侵占与开发更多自然资源，带来生态的改变最终反作用于我们自身，新冠也许就是最好的例子。

所以要走出马尔萨斯陷阱我们还得看看历史，借古看今。

人类进步的历史

回溯人类的历史，由类似性大猩猩一般的存在进化到如今发达的工业文明，其变化翻天覆地，让人不敢相信，尤其是当我们去动物园看猩猩时显得尤为明显。

人类发展的历史究其根源是神经网络得到进化后，运用语言丰富交流、学会使用工具并利用大自然资源服务自身进化发展的过程。

三次工业革命:

其实在工业革命之前我们便学会开垦荒地，定居于一处，利用畜力将人类带进农业社会。不过在漫长人类历史中带来生产力的极速发展与转折的还是三次工业革命了。

1、蒸汽机的发明与广泛应用

瓦特与他的蒸汽机

很容易理解，蒸汽机通过化石等燃料发热加热水蒸气，形成内外压强差转换为机械的往复式动力做功。相比之前由人力、畜力或条件及其苛刻的水力驱动来说极大的解放了生产力。

2、电力的发明与广泛应用

第二次工业革命主要围绕电磁感应现象的发现（法拉第）带来电动机的发明，随后电灯、电车、电影等一系列电器被发明，人类至此进入“电气时代”。

第二次工业革命主要以电的形式显现

而与电气发明同样伟大的另一项成就“内燃机”紧随其后相继问世，该项发明被一直沿用至今，相比之前可以说完美的解决了交通工具的动力难题。至此远洋游轮、飞机、内燃汽车相继问世。熟悉历史与商业的朋友知道就是在那个时候“洛克菲勒”的石油帝国也同时继崛起。相应的石油产量也由1870年的80万吨/年增长为2000万吨/年，石油产量随着科技带给人们生活方式的变化飞速增长着。

如果说第一次工业革命是蒸汽机工匠式的革命的话，那么第二次工业革命则是自然科学与工业生产的紧密结合，电磁感应现象的发现与应用起着举足轻重的作用。

3、原子能、电子计算机、空间技术、生物工程的发明与广泛应用

如标题所示，第三次工业革命涉及多个领域，在现代科学中我们将其分得更加的精细化，同时学科之间的相互关联与渗透也更加频繁紧密，更加偏向于一种综合性的学科。下面来举几个第三次工业革命发明产物的例子：

①原子能

原子能的发现是人类对微观世界了解的体现，原子能俗称核能，是原子核发生变化时损失质量转换释放的能量，也是根据狭义相对论推导出的质能方程的体现（E=MC²）。相比之前化学燃料的燃烧其所释放的能量可谓天壤之别。

一般分为核聚变（轻核）与核裂变（重核）。如今人类主要利用的是“可控”的核裂变，核聚变领域还有许多工作要做，不过可控核聚变如若取得成功人类将获得取之不尽用之不竭的清洁能源，不同于核裂变反应会产生很多长半衰期的重核元素，一旦发生类似切尔诺贝利的事故将造成重大不可挽回的危险，可控核聚变绝对清洁，原料近乎无限。被广泛认为是人类能源危机的完美解决方案。

②空间技术

以上世纪的人造卫星与载人航天为代表，主要表现为苏联与美国太空竞赛，并在1969年人类成功实现登月，我国作为后起之秀已然成为航天大国。虽说是空间技术，但也与电子计算机、材料学密不可分，没有多领域学科的技术支持空间航天成果也不会取得成功。

③电子计算机

电子计算机可谓是上世纪乃至本世纪对我们生活影响最大的发明，如今无论哪个领域几乎都有计算机等智能设备的身影，这里说的计算机不仅指电脑还包含手机、服务器、电视、冰箱等各类电器。计算机的CPU、协处理器与众多电路中都存在数量众多的半导体（晶体管）以实现单向导通达到计算的功能。半导体也是我们认识了微观物质后发现的规律（量子力学中的能带理论）制造出的。

人类能源进步的历史

纵观人类发展历史与三次工业革命，我们发展的历史归根结底是能源利用进步的历史。由畜力的借用实现农耕文明，蒸汽机的发明进入工业时代，对现代自然科学的探索带来了新型的信息控制技术革命（未来的大数据智能时代），三次工业革命带来了生产力的极大进步与人们思想上的改变。而无论哪次工业革命都离不开对能源的开发与利用，要走出马尔萨斯陷阱大概率上我们还是要解决能源与其利用的问题。

未来的新能源：

虽然我们都在提倡使用新能源，例如电动车、氢能源之类，不过追根溯源该类能源大部分来源还是化石燃料也就是火力发电而来，清洁的风能、水能、太阳能由于种种局限条件还不能实现广泛的应用。

所谓欲望与好奇心推动人类的进步，在对能源获取的不懈探索中人类还是发现了一种能源的可持续利用的可能，那便是核能。

核能

说到核能，人类第一次最直观印象恐怕便是1945年美国在日本广岛、长崎投下的两颗原子弹了，其远超普通炸弹的破坏力震惊了世人，也使人类认识到原子核层面反应，也就是损失物质的质量完全转变的能量是多么恐怖。

核裂变与核聚变

核反应一般分为两类：核聚变与核裂变。而我们所见到与可控利用的大多指核裂变。

一、核裂变：

原子核内质子中子的聚集或裂开形成新元素的同时伴随着质量的损失，这一部分质量会转换为能量的形式进行释放。而在众多元素中重元素是比较容易实现的，即我们所说的核裂变。

核裂变的链式反应

该过程简单的说来便是用中子去撞击已经在缓慢裂解的放射性重元素，根据重元素种类性质与浓度的不同可以有以下两种用途：

1、原子弹

其原料一般采用放射性的铀235或钚239，我们用中子撞击处于放射裂解过程中的该元素，其原子核裂开后会产生大量中子，产生的中子再去撞击其他原子核形成链式反应。其剧烈程度取决于原子密度，密度越大被中子撞击到的概率也会越大进而反应越剧烈。

所以我们都或多或少听到过提炼浓缩铀，只有该元素的原子密度大到一定程度才能制造出反应剧烈的原子弹，密度小的就是核电站。所以原子弹的核心技术其根本便是铀浓缩技术

1945年美国在日本的长崎与广岛分别投下一颗原子弹，其破坏力震惊震惊世界，这算是核裂变的战争用途。

2、核电站

核电站是靠原子产生的核裂变释放出的热能发电，目前发电量占全球的12％，虽然已比较高，但就技术层面来说完全能够变得更高。而为何我们迟迟未放开手大刀阔斧的进行核电站的全面建设并替代普通电站呢？很明显这其中是有巨大风险的。

纵观人类历史上曾出现过的三次重大且著名的核电站事故：

①1979年，美国三哩岛核电站

②1986年，苏联切尔诺贝利核电站

③2011年，日本福岛核电站

其中1986年的切尔诺贝利事件最为我们所熟知，事故发生后其所释放的放射性烟尘飘散至远处，爆炸半径30公里内都被划为隔离区用铁丝围栏围了起来（有趣的是这么多年人类没有涉足以后，其中的动植物倒是更加丰饶了，兴许它们宁愿承受高辐射也不愿居住在人类污染过的土地上）。

核裂变的隐患：

就整体来说，如今的核电站（裂变）已经非常安全了，历史上的几次核电站事故都是因为一系列匪夷所思的误操作以及极少发生的天灾所导致。

不过我们还是要从底层逻辑来探讨为什么我们没有全面铺开核电站的建设。众所周知我们目前对核裂变的应用无论是原子弹还是核电站所用的原材料主要都是铀-235，该类重元素一旦开始发生裂变便不会轻易停止，链式反应能一直自行维持下去，而这时候如果发生严重的自然灾害或人为误操作导致诸如裂变反应加剧同时散热系统停止，核燃料将会持续反应升温最终导致反应炉爆炸并融穿反应炉最终核燃料泄露。

而核燃料一旦泄露，裂变的超高温不但能使放射性核原料融入土壤，其放射性烟尘还会进入大气飘散到千万公里远的地方最终进入生态循环，而由于该类重元素的半衰期极长，将在未来几十上百年里持续释放高辐射（下一期我们将讲述辐射对生物的影响），导致包括人类在内的众多生物基因受损、突变乃至死亡。

二、核聚变

与裂变的链式反应不同，核聚变是由轻元素中的两个氢原子核聚集反应形成一个氦原子核的过程。

就微观层面可以解释为在高温高压的作用下让原子核中的质子拥有更强的动能（温度）使得两个质子能发生强烈碰撞突破电磁力的斥力，进入原子核强力的作用范围并聚合在一起。

可控核聚变的优势：

相比于核裂变，该过程会产生更大的质量损失固然也会释放出更加强大的能量（热量），据统计相同质量的物质发生核反应聚变能产生4倍于裂变的能量。

其原料氢的同位素氘与氚大量存在于海水中，一升海水的氘与氚聚变产生的能量相当于燃烧300升汽油，就目前人类消耗能源的速度，地球上的海水可供人类使用百亿年有余（太阳的寿命也不足50亿年），可以说如果人类掌握可控核聚变便拥有了近乎无限的能源。

聚变原材料——“取之不竭”的海水

此外不同于重元素的裂变反应，聚变反应不会发生任何的放射性，也就是前文提到的核裂变安全问题。其产物氦也是惰性气体没有任何危害，反观核电站废料的危险与难以处理拥有极大的优势。可以这么说，人类实现可控核聚变便拥有了清洁安全取之不尽用之不竭的能源。

可控核聚变的难点：

就跟太阳内部发生的核聚变一样，核聚变的发生需要在上亿度的高温高压下产生以使质子能获得足够的动能，而要促成如太阳内部高温高压的环境并实现精确控制是极难的，对于运算量与材料学都是严苛的考验。

目前主流的可控核聚变设施为托卡马克装置，该装置剥离出氢原子的电子使其以离子的状态在磁场的约束下按既定轨道高速运动，在该过程中运用不同方向的磁场使等离子内部产生电流实现欧姆加热点火达到反应温度后用微波持续能量输入保持超高温。

而人造核聚变的世界纪录持续时间也不过100秒出头（由我国保持），毕竟即使在约束磁场的加持下达到太阳核心的高温高压也是极难的，没有什么材料能承受得住如此的高温，换句话说如此巨大的能量作用于如此小尺度的空间，我们对该等离子流的精确控制还显得过于粗糙。

而且聚变反应所产生的中子能够与反应装置的内壁发生核反应，需经常更换并且在使用后具有放射性（如核废料一般），兴许在今后的超级量子计算机、人工智能与材料学等多领域的突破后该问题能迎刃而解。

可控核聚变的应用

众多科幻小说中都将可控核聚变作为能源的主要来源，可以说要走出地球实现星际航行可控核聚变必不可少，究根结底都是消耗物质（质量）转换成能量的过程，该过程越彻底能量的转化效率越高。

那我们可以利用可控核聚变来做什么呢？

1、星际旅行：

核聚变飞船

就目前化学燃料火箭的推力能达到的速度可以说是极低的，你要更多的推力势必需要更多的燃料，而更多的燃料也会导致火箭变重，加速度便会降低，仿佛一个负反馈循环。

之所以化学燃料火箭不能带我们走出星际空间还是因为其比冲太低，比冲是指单位质量的推进剂所能产生的冲量，而明显化学燃料的能量转化效率太低只有35％左右，大量的能量都被转换为热量所量浪费掉了，其余转化为其他物质（反应不彻底）。

高比冲粒子发动机（不过比不上核能）

可控核聚变是原子核层面的反应，在反应中有1％物质的质量直接消失完全转换为能量，根据E=MC²质能方程可知几克的氢聚变后所释放的能量相当于几百吨煤炭。在理想情况下两个氢核聚变后生成的能量全部加载到氦核上（当然还有一部分中子）能将该氦核以0.1倍光速射出即3万公里每秒，而化学火箭的喷射速度仅为4KM/S。可谓天壤之别，根据数学推算理想情况下核聚变反应的飞船速度将能达到10％~15％的光速，也只有达到该速度人类才能实现星际旅行。

反物质飞船

反物质在微观上与我们所认识的物质带电量相反，与普通物质相接触便会发生湮灭现象，记得我们说过核聚变会损失1％物质质量转换为能量么，反物质的湮灭过程100％的质量完全转化为能量。据测算几克的反物质便相当于400吨以上的航天燃料，而反物质飞船达到80％光速也不是什么难事，当然那属于非核反应的另一个话题了。

2、能源利用场景多样化

取得无限能源后第一时间我们当然会将其替代传统发电（火力发电）应用于工业、民用等。而后不难想象就如计算机、内燃机等对其进行进一步的轻量化改造以便更多的应用场景，也许最终达到钢铁侠胸前那般的小型能量反应堆也未可知。

《钢铁侠》中一手可握的核反应能源

真正实现聚变反应堆的小型化还有很长的路需要走，到那时随着其他协同科学如计算机人工智能、超导材料学的发展，交通工具乃至钢铁侠满天飞都不是什么奇怪的事。

3、能源传输便利化

自古以来人类的进步都离不开对能源利用的进步，而每当能源问题得到一定程度的解决后如何高效快捷的将能源输送至使用端同样重要。

以前人们使用电线或管道输送能源，而在对未来的畅想中无论是特斯拉还是刘慈欣在《三体》中都有提到无线能源传输技术，如今我们已或多或少用到无线充电，不难想象人类实现更加远距离无线传输能源的意愿与动力。

无论到何时人类的发展总是向着获取更加安全持久能源、便捷的传输方式以及多样化应用场景的方向进步的，当然未来可能会发明智能机械为我们干活，总的来说便是释放生产力服务与自身。到那时我们所运用的任何工具都如变魔术般看起来像是自己产生的动力与能源，一切都是如此的方便快捷与不可思议。

走出马尔萨斯陷阱？

就所观察到现象而言，人类对微观世界研究得越深刻，所能发现与利用的东西便会越多，无论是计算机、激光、光纤等都是对微观世界探索后所发现规律的应用。

同样对于能源，当我们对底层物理规律了解得越深刻，也更易于创造或利用能源为我们所用，最终再次走出马尔萨斯陷阱，实现新工业革命迎来人类文明进步的转折点。

人类进步的反思：

好奇心、欲望以及我们先天所具备的优势（智慧）使得我们历经三次工业革命创造出如今现代工业文明社会。在人类文明进步的同时我们要看到，虽然科技日新月异，发展迅猛，不过就底层精神文明来说我们大多还是追求着物质文明，更多的能源、食品、服务等等。因此在目前不变的科学技术水平下要获得更多资源势必会向自然索取。

人之于地球就如细胞之于我们身体，都隶属于一个生态系统。如果一味地索取侵占自然生态资源是否就如恶性癌细胞或病毒一般无限增殖最终与宿主一块玩完？

留个问题大家可以思考下，在工业革命也就是蒸汽机、内燃机、电动机发明时，我们的煤炭与石油的产量与应用是否是以指数形式迅速增高，虽然极大的解放了生产力但却给生态带来了破坏（温室气体、污染排放等等）。表面上我们人类强大了许多，就如病毒与癌细胞没有天敌肆意侵占宿主。

话说回来其实每个细胞都含有致癌基因在一定条件下被诱导表现出恶性无规律侵蚀无限增殖的特征，放在人类自身则表现为技术爆炸却不懂节制不断侵占、破坏、消耗所能利用资源最终造成系统平衡的崩溃。

就目前看起来可控核聚变拥有美好的前景，消耗的资源也不多，但也别妄自菲薄，也许新的破坏性事物即将被发现，将眼光放得更宏观一些的话马尔萨斯陷阱也许不仅仅是指地球上的我们，放在宇宙的大生态兴许也依然存在只是我们还没意识到而已，就如物理规律一般存在于整个宇宙。

所以作为生态系统的一份子我们在探索突破自身的同时还是得心存敬畏需维持万物的平衡，毕竟皮之不存毛将焉附，不是么？