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地球经济的繁荣能在外星文明得以可持续复制吗？

【美】威廉·诺德豪斯

2022-08-01 16:56

关于未来，一个核心的科学和经济问题是，地球上的人类文明是否独一无二，或者它是否能够在太空或其他行星上复制（我称此种情形为外星文明）。大多数科幻小说和流行文化都对此持肯定态度：它们认为我们可以在月球、火星或其他遥远的星球上建立殖民地，正如当年清教徒在马萨诸塞州所做的一样。也许一开始生活会很艰苦，但在适应了新环境之后，便可在另一个星球上产生一个可持续的文明。

当地时间2019年3月27日（具体拍摄地点不详），欧洲南方天文台（European Southern Observatory）于2019年3月27日发布了一张外星球图片，其名称为HR8799e。ESO超大型望远镜干涉仪（VLTI）上的重力仪首次使用干涉测量法直接观测外行星。该方法揭示了一个复杂的外行星大气现象，铁和硅酸盐云团在一个行星范围的风暴漩涡里旋转。这项技术为描述现今已知的许多系外行星提供了独特的可能性。

在现实中，人类文明能否在地球之外存续，是一个深刻而未解的问题。首先，我们应当考虑复制哪些东西。地球是一个充满自然和生产资产的巨大自然和人类生态系统。地球的资源包括海洋、河流、氧气、化石燃料、稀土矿物和生物物种。除此之外，还有人类的智慧、劳动和专业技能等关键因素，包括一系列丰富的生产资本，如家畜、城市、道路、房屋、机器、工厂、防御工事和人类开发的技术。

最后，以上还需要通过法律、政府、集体活动和市场等机构或制度组织起来。这些人类和自然系统并非自发形成的，而是为了应对维持地球上数十亿人类和无数其他生命形式的挑战演化而成的。缺了它们，地球上的生命恐怕无法适应在火星或其他星球上生活的挑战。

如果我们将注意力集中在人类身上，就会发现，当下的地球系统拥有巨大的生产力：这个复杂系统每年净产出约100万亿美元（或人均约1.5万美元）的商品和服务。

是否可以建立一个封闭或近乎封闭的系统来代替或复制地球系统？是否可能有一个系统不仅能生产食物和能源，而且还生产房屋、花园、自然步道、滑雪场、寿司、棒球比赛以及现代生活的其他必需品和设施？也许我们不能逐项替换，但是我们可能会有替代系统，包括阿尔法半人马座的菜单、摇滚球游戏、沙滩度假村、火山漫步道以及其他替代品。

我们该如何理解地球以外的可持续发展前景？本章便概述了可能的情形。本章首先追溯了通向当前人类文明漫长而曲折的道路，接着从国际空间站的角度推测在其他行星上的生活情况。

本章的最后一部分则通过观察人类最终的绿色梦想，即亚利桑那州那个常被人遗忘的玻璃罩——生物圈2号（Biosphere 2），来审视这个问题。这个试图建立一个完全封闭、自我维持系统的大胆实验，能为本章之后提出的更广泛问题提供重要的启示。

这三个故事包含了一个中心思想：从历史上看，在地球上实现可持续的文明是极其困难的，而试图在其他星球上建立一个自我维持的系统更是难上加难。

人类文明的奇迹

考虑外星文明前景的一种方法是，看看在人类大脑发育优势和地球生态环境禀赋的前提下，我们抵达当前所处的繁荣世界耗费了多少时间。现代世界的出现极其缓慢：这个进程的第一步，是从大约40亿年前首次出现细菌汤开始，到5万年前进化出解剖学意义上的现代智人。

早期人类的经济与其他依靠陆地和海洋生存的动物没有什么不同。文明的进化（漫长而曲折的工具和技术发展）需要分两个阶段来看：第一个阶段始于最早的人类，一直延伸到1750年左右的工业革命，第二个阶段则包含自工业革命开始直到现在的整段历史。

第一阶段实际上是一个“爬行”阶段，主要涉及发展最基本的技术要素：火和动物的驯化、石斧的发明、农耕的推广、文字的发展，以及聚集到城市。似乎每一种要素都是在世界上不同的地区孤立发展起来的，因而它们属于现代人类的能力范围，而非其他物种。

重构经济增长

对经济增长的重构表明，人类早期的生活水平增长异常缓慢。根据经济史学家安格斯·麦迪森（Angus Maddison）和布拉德福德·德龙（Bradford DeLong）的研究，从历史的起源到18世纪中叶，人均产出在最好的估计下也仅仅增长了2倍，即年均增长率为0.001%。我们可以把现代人类5万年中的前4.97万年称作“马尔萨斯时期”，在这一时期，技术的进步带来的是人类繁衍和迁徙（比如，借助火的帮助，人类得以向寒冷地区扩散），而非经济状况的改善。

表1 自最早的人类出现以来的人口增长和生活水平提高

表1展示了一个关于人类经济史的最佳重构（估计）。在早期，人类仅能勉强维持生活。值得一提的是，罗马和拜占庭时期、1750年左右的西欧以及过去半个世纪的世界大部分地区都有相当准确的数据。

表1传达的核心信息是，在人类历史的大部分时期，人均产出和生活水平几乎没有什么提高。

生活水平的革命在1750年后逐渐酝酿，然后在20世纪正式开启。现今，全球人均产出约为早先的马尔萨斯时期水平的30倍。多年来，工业革命的故事一直是经济史学家的主要研究对象：它涉及之前出现的科学革命的成果、区域和国际贸易的增长、创新的常规化、必要资源和原材料的开发、大公司的发展及其规模经济，尤其是新技术的喷涌而出。

照明的演变

人们熟悉的生活水平和生产率指标，如GDP，是20世纪的一些伟大发明。然而，这些指标在历史上非常有限。美国有1929年以来的官方产出数据，并且自19世纪80年代以来的数据便已相当准确。然而，中国的产出数据准确度不高，即使对中国的粗略统计也无法追溯至1950年之前。热带非洲大部分地区的产出指标同样不可靠。因此，很难可靠地测算遥远过去特别是工业革命之前的生产率。表10.1所示的数据是我们现有的最好数据，但对于早期阶段来说，依然有很大的猜测成分。

另一种测度生产率的方法集中在一个狭窄但似乎可靠的领域——照明。这里的生产率数据是自人类历史早期以来最长时间的可用数据，并能衡量照明技术的变化。其关键的里程碑是火的利用（至少60万年前）、早期的明火灯（3万年前）、蜡烛（大约5000年前）、封闭灯（大约4000年前的早期希腊），以及现代的油灯（1782年）。在过去的两个世纪里，设备和能源形式的变革导致了照明生产率的持续快速提高；这其中包括将煤油和电力作为能源，以及从白炽灯到荧光灯、最后到LED（发光二极管）灯的演变。

我们可以确定不同技术下照明的价格和效率，以及每小时的工资，从而粗略估计照明生产率。将照明的价格除以工资就能算出工作一小时能换取多少照明。它是以每小时工作的流明小时（lumen-hour）测量的。每小时产出是一个简单但可靠的生产率估计。

这意味着什么？假设产出是1000流明小时，这大约是一个传统的100瓦白炽灯在一小时内使用的电量。第一次合理准确的估计是在公元前1750年左右的巴比伦。粗略估计，巴比伦人需要工作大约40个小时才能买到足够产生1000流明小时的灯油。在接下来的3500年中，技术的持续改进将这一工作时长减少到5小时左右。此后，随着照明技术革命，照明的时间成本急速下降。使用今天的LED灯，每1000流明小时的照明仅需要0.000072小时的工作时长。照明从无比珍贵到基本免费。

图1 近4000年来的照明生产率水平【注：此图显示以照明水平衡量的劳动生产率。该图是一个比率图，因此斜率是增长率。图中同时标注了两个主要时期（即1800年之前和之后）的平均增长率。】

图1显示了对公元前1750年到2020年的照明生产率水平的最佳重构。这是一个比率标度，因此增长率就等于斜率，它显示了两个主要时期（1800年之前和之后）的平均增长率。1800年的突破性趋势引人注目，验证了表1中对总生产率的估计。

表2 不同时代照明生产率水平的增长情况（注：“-”代表公元前。下同。）

表2显示了分时期的增长率以及主要的技术发展。有两个时期的进步最大，即在1900年左右电力发展之后，以及自1990年引入LED照明等新技术的时代。

这里需要强调的是，1750年左右的工业革命见证了人类历史的巨大转折，这是继车轮等基础发明之后人类文明的第二个阶段。从巴比伦时代到工业革命，照明的生产率以每年不到0.1%的速度增长，而在此之后，年均增速迅速超过了5%。

我们还注意到，照明领域的生产率革命在事实上是非常绿色的。正如路易斯·斯托茨（Louis Stotz）所说，这些新技术带来的一个令人高兴的环境影响是，“宾夕法尼亚州石油的发现为世界提供了煤油，同时也保住了仅存的几头鲸鱼的命”。

我之所以要讲述整体生产率和照明生产率的平行演进史，是因为它们凸显了通往现代世界富裕生活的漫长道路。现代人类是在经历了数十亿年漫长而曲折的进化历程后演化而来的。然而，即使现代人已经在解剖学意义上存在，也并不意味着全球任何地方都已达到高生产率水平。相反，在人类历史的前99+%的时间里，生产率以蜗牛般的速度缓慢前进。

考虑到人类历史5万年来技术进步的缓慢速度，我们不禁要问：今天地球经济的繁荣能在其他地方得以可持续复制吗？人类文明史已经表明，要在地球上成就一番事业会遇到多大的阻碍。即使在今天，有了现代技术，一些地区的生活条件也并未超过我们石器时代祖先的生活条件很多。想在一个遥远的星球上短时间内复制花了这么长时间才在地球上建造出来的东西（且不考虑当今社会良好的文化、经济、科学和资源环境），看起来是一项极其艰巨的任务。

外星文明：火星和其他星球上的生活

当我们追溯人类文明的历史时，建设一个可持续社会遇到的挑战令人望而生畏。另一种思考角度是想象人类殖民其他行星，我称之为外星文明。也许，我们会想，这就像朝圣者出发去发现新世界一样。在美国定居固然是险之又险，但欧洲人最终成功地在一个富庶而强大的大陆上繁衍生息。

然而，仔细思考后便会发觉，“朝圣者”对于一个外星文明的前景而言，实在是一个糟糕的类比。最有希望开创新文明的地方是火星，它离地球很近（以天文标准衡量），有一些类似地球的性质，并且已得到了很多研究。上述远程殖民的支持者之一是技术企业家埃隆·马斯克。他的愿景是：“我考虑的是最终将数万人，乃至数百万人送上火星。”他的计划甚至远远超出了这颗红色行星的范围：“我们将前往木星的卫星，至少可以肯定的是一些外层的卫星，可能还有土星的土卫六和小行星。一旦我们有了这种动力装置，以及地球-火星经济体系，我们将覆盖整个太阳系。”

马斯克对这种“殖民”的代价很清醒：“我粗略的猜测是，（每人）50万美元，会有足够的人有能力去，也有足够的人想去（火星）。但这不是一次假期旅行。它需要你把所有的钱都存起来，变卖你所有的东西，就像当初迁徙到美洲的殖民者一样。”

太空旅游的想法在未来的发展中似乎是可行的。但是，我们能否像早期人们移居美洲殖民地那样，建立起自我维持的文明？虽然并非不可能，但由于外星殖民的高昂成本和危险程度，前景似乎极为渺茫。

电影《火星救援》剧照

虽然我们中的许多人都喜欢科幻小说和电影，但我们需要更深入地挖掘，形成对太空殖民的认真分析。亚当·莫顿（Adam Morton）最近出版的一本关于太空殖民的书以及悉尼·杜（Sydney Do）等人的技术分析为本节提供了深刻的信息。这些研究提出了两个主要问题：成本和危险。

第一个问题涉及太空殖民地是否能够自我维持。我将可持续性定义为一个系统（或经济体）能够在保持其资本完整（或替换任何耗尽的资本）的同时，产生合理的生活水平的能力。这需要生产食物、住所、医疗保健、交通和能源，或者出口足够数量的火星商品，以支付从其他行星（可能是从地球）进口所需商品的费用。

让我们从成本开始。与太空殖民地类似的例子是，在南极维持人类生存的成本。尽管南极令人谈之色变，但它事实上是比火星更宜居的地方：它比火星更温暖，具有许多优越的特征，例如大气层、易于运输到地球其他地方的充足冷冻水。在南极科考的每位科学家每年的成本约为20万美元，这是可以用来确定未来目的地生存成本的有用下限。

另一个更接近太空的对比是国际空间站。这是一颗近地轨道上的宜居卫星。自1998年以来，一直有人居住，已经累积“接待”240多人。根据莫顿的说法，到2010年，国际空间站耗资已超过1500亿美元。粗略计算得出，每人每年在其上的成本约为6亿美元。

对于非地球文明的经济分析，可以考虑火星一号计划（Mars One Program）。火星一号是一家欧洲私人公司，它计划在火星上建立一个永久的人类殖民地。它将一次送四个人踏上建立火星殖民地的单程旅程。该愿景与马斯克公布的相类似。（对于潜在的游客，请注意这里强调的是“单程”票。）

悉尼·杜等人对火星一号的全面分析得出结论，如依其原有计划，显然是“不可行的”。许多被提议的技术，如食品供应和供应链，目前还不具备。另外，他们估计的建立殖民地的成本极其高昂。如果40个殖民者到位，累计发射成本将超过1000亿美元，相当于每人25亿美元。这还不包括居住、当地生产、通信、运输或备用设施的成本。如果保守估计这些成本为每人每年2.5亿美元，很难想象有什么出口所得能支付这一成本的哪怕一小部分。因此，该“殖民”计划无法通过可持续性测试。

我们会想，也许发射成本和其他成本能够降下来。但外星殖民还有更可怕的障碍。许多危险都与身体有关。火星上的紫外线辐射要比地球上强很多，太阳能和重力却要弱得多，光线强度也很弱。那里有猛烈的沙尘暴。而且非常冷，温度低至零下125华氏度（约零下87.2℃ ）。此外，由于火星没有大气层，因此没法防护小行星的入侵。最近的估计表明，每年大约有200颗小行星撞击火星，这些小行星会摧毁沿途的一切，包括人员、建筑或设备。

也许所有这些风险都可以通过充足的投资和人们的聪明才智来克服。但退一万步讲，仍然会存在心理、经济和社会结构方面的诸多挑战。以宠物这个简单的问题为例。美国人有近1亿只狗，它们提供了陪伴和爱，它们作为向导、牧羊犬、警犬，在搜索、救援、治疗、探测等方面提供专业服务。但是，和人类一样，狗也进化了，它们适应了地球和人类的特殊环境。它们不太可能在危险的火星土壤上找到归宿，所以那将是一个孤独的地方。外来殖民者还会发现，他们也难以在火星上找到其他产品，如鱼、西红柿、牛奶、奶酪和肉类。此外，“火星亚马逊”哪怕是用最快的宇宙飞船，也需要花费近一年的时间才能交付你的订单。

我们无法对未来做出判断。但是，综上所述，在火星或地球以外的其他地方建立自给自足的外星文明的前景实在是太渺茫了。不是不可能，但在当前的技术水平下肯定是不可行的。

可持续性的实验场：生物圈2号

我们对可持续性研究的最后一步也许最有启发性。这便是生物圈2号实验，旨在测试在地球上建立一个封闭系统的可能性。

众所周知，生物圈1号是指地球本身。那么生物圈2号是什么？它是一个私人运营项目，旨在证明一个封闭生态系统的可行性。其任务是证明8个人（生物圈人）可以在没有任何外部食物供应的情况下生产足够的食物，并维持生活两年。请注意，在一开始，这项任务也并非真正以可持续性为目标。粮食终归只是经济产出的一小部分和可持续性的一个必要条件罢了。因此，生物圈2号成功的门槛大约只有一只蚂蚁的高度。

此外，该实验在概念上也存在缺陷，因为它忽略了进口和出口（输入和输出）。就我们所知，没有进口的生命系统是不可持续的——就像对地球来说，没有太阳能输入。然而，让我们暂且忽略贸易带来的复杂性，单考虑可持续性，聚焦在前面章节中提出的可持续性的经济概念。

对生物圈2号的概述

生物圈2号是一个物理封闭的巨型玻璃结构，位于亚利桑那州图森附近，占地约1万平方米（或2.5英亩）。它包含了许多主要的地球生物群落，如热带森林、海洋、湿地、沙漠和农业地带。它还储存着少量的生物物种和足够生产8个人两年所需食物的资源。另外，它在实验开始前就储存了大量资源、药品和设备，价值约2亿美元，并输入了大量能源（每人每年约5万美元）。在两年的时间里，8个生物圈人生活在这个狭小的空间里，生产大部分食物，并设法生存下来。

生物圈2号鸟瞰图

从技术角度看，维持一个封闭系统的尝试是失败的。威胁人类生命的主要问题是大气中氧气的持续下降。浓度从一开始的21%降至14%，仅略高于对人类生命形成威胁的浓度水平。人们日常会消耗大量的氧气，没有氧气人类就无法生存。该实验的一个重要特点是，实验的工作人员就在距离实验场几英尺处，他们时刻准备着提供所需的氧气。如果这种灾难性的错误发生在后续补给需要耗费9个月时间的火星上，那么，生物圈中没人能存活下来。

这项实验对人类来说是危险的，对其他物种更甚。所有的传粉者（蜜蜂等）都灭绝了。在生物圈2号内部最初包含的25种脊椎动物中，有19种都灭绝了。大多数昆虫也难逃厄运。仅有一个主要的成功幸存者：疯狂的蚂蚁（家褐蚁，又称狂蚁）正四处狂奔，它是一种害虫，其特性在于几乎可以在任何地方生存。

这8个人的工作时间很长，平均每天工作10个小时，方能艰难维持系统的生存能力。他们的大部分时间都花在农业生产上，每人每周大约22小时。相比之下，美国人每周在农场工作的平均时间仅约为0.1小时。据报告，这8个人没有从事任何其他主要的经济活动，没有进行相关（比如住房、服装、运输、药品和保健或娱乐）的生产。因此，经济产出仅限于自给农业。

测度可持续性

我们如何判定生物圈2号这样的项目是否代表自给自足的可持续性系统？前两章对可持续性进行了广泛的讨论。此处，我们需要调整这种讨论，以适应更广泛的分析框架。

在考虑可持续性时，一个最低标准是，该系统在经济上是可行的，因为它具有生产力，即产出大于投入。这是一个直观概念，仅仅意味着正的净产出。这是一个很低的要求，但作为一个起点很有用。

可持续性的一个更可取的衡量标准是一个足够多产因而能维持其资本存量的系统。也就是说，如果自然、有形和智力资本的存量在当前消费水平上没有下降，经济就是可持续的。

这里的关键概念是资本。这个概念指的是生产中使用的有形或无形耐用物品。自然资本包括森林和清洁的空气；有形资本包括设备和房屋；智力资本包括专利、软件和技术知识。资本的总价值是每种资本的数量乘以它们的价格或社会价值。

生物圈2号的可持续性引发了比可持续性的衡量标准更广泛的问题。在我们的标准经济衡量中，我们假定部分自然资本得以维持。例如，我们可以假设太阳还在照耀，河流还在流动，大多数授粉者还存活着，但我们显然不能假设火星或一颗数光年外的行星同样如此。测度自然资本各组成部分的价值显然超出了本书的分析范围，我们能做的是分析经济的可持续性。

生物圈2号的产出

为研究生物圈2号的经济可行性和可持续性，我构建了一套基本的经济账户。它们使用上一章讨论的国民收入核算概念来衡量NNP及其组成部分。这些估计只是提示性的，也许其他能够获得更好数据的人可以完善它们。不过，现在我们开始吧。

原始资料如下：我们有按部门划分的8位生物圈人的时间使用情况。初始资本存量估计为2亿美元，能源投入为每年80万美元，安保和其他服务估计为每年50万美元。以2015年美元计算，非科学活动的工时价值为每小时15美元，而科学活动的工时价值为每小时50美元。主要的成本是折旧，估计每年为资本存量的10%，这对设备来说是合适的折旧率，但考虑到生物圈2号的寿命有限，该数值可能偏低。

对知识产权或科学知识的投资可能是非常有价值的。按照传统，这是以成本衡量的，但可能存在更大的正外部性。

表3 对生物圈2号和美国的经济核算估计（注：估计数显示了这两个经济体的人均产出。对生物圈2号的估计是1991-1993年，而美国的数据是2015年的。所有的估计都已折算至2015年的物价和工资水平。）

表3显示了结果，并将生物圈2号与2015年美国的人均产出进行了比较。值得一提的是，对生物圈2号的估计是基于非常零碎的信息，但数量级肯定是正确的。前五行显示了按行业或部门核算的总产出，简单地说，就是生产的东西，比如胡萝卜的价值。如标号为1的那一行所示，生物圈2号的人均总产出估计约为美国的一半。请注意，当时的产出高度不平衡，工业或贸易的产出为零。最重要的成果是服务和知识产权的创造。

标号为2的那一行显示了生物圈2号的人均GDP，等于总产出减去能源等中间投入。我的估计是，投入超过产出（甚至能源投入也大于产出），所以生物圈2号的人均GDP估计为负19万美元，而美国的人均GDP为正5.6万美元。

标号为3的那一行显示的最终总数是生物圈2号的NNP，等于GDP减去资本折旧。我们之前的讨论将NNP定义为可持续收入。据估计，生物圈资本每年每人的折旧总额超过300万美元。减去折旧后的人均NNP为每年负344万美元。这些数据可能会有变化，但它们加起来总是很大的负数。

关于人工地球可持续性的判断

关于在遥远太空建立人工地球或可持续人类系统的前景，我们能得出什么结论？我们对人类文明史的讨论，讲述了通往今天高生产率的全球经济的筚路蓝缕，这表明在一个遥远和危险的地方建立一个平行体系存在巨大的困难。此外，在评估移民火星或其他行星的前景时，结论同样是悲观的。基于类似的情况（比如在南极洲或国际空间站）可知，在恶劣环境下维持生命的成本亦是天文数字。

当我们回顾生物圈2号的历史时，结果更为悲观。它在经济可行性和可持续性测试中都惨败。哪怕身处地球，这个系统也无法维持现代的生活水平，甚至不能维持旧石器时代的生活水平。如果长时间运行，其产出会降为零。生物圈里的每一件事物和每一个人，也许除了那疯狂的蚂蚁，都注定难逃灭亡的命运。

从这三个实验中得到的教训是一致的，也是令人沮丧的。对于不那么遥远的未来而言，自给自足的外星文明前景渺茫。

本文摘自《绿色经济学》，为其第10章内容，原题《外星文明的诱惑》，澎湃新闻经授权刊载，标题为编者后拟。