工业文明的痼疾——垃圾问题的热力学阐释及其推论

3.有序系统：系统具有结构的稳定性，也具有功能，这是系统准周期性的必然结果。
一个人从小到大，生老病死，构成其身体的物质可能已经更换了很多遍，但是这个人一直被认为是同一个人。系统的结构比构成系统的物质更加重要。系统的物质的变化是逐渐的，缓慢的，也是因为系统的准周期性，每一个周期之后，系统没有回到原来的状态，也没有偏离原来的状态太远。——如果不仅仅把人体作为物理系统，还作为一个有智慧的生命，这一条是最重要的。
4.系统与外部世界存在相对明确的边界，同时，又能够与外界有物质和能量的交流。
非此不足以完成新陈代谢。但是内外的边界也不是截然两分的。比如皮肤上有毛孔，肺泡是分形结构，在这些地方，内与外是搅在一起的。
显然，人体这个系统与热机的差别在于：
1.理想热机不是准周期，而是精确周期。系统每循环一周，就回到原来的状态。但是，现实热机同样是准周期性的。因为热机内部必然有摩擦，系统也会有劳损，最终机器老化，不能运转，相当于人的死亡。
2.人体这个系统与外界不仅有能量交换，还有物质交换。人体获得外界的能量，主要表现为物质形态——贮存在食物之中。同样，人体向系统外排放的不仅有废弃的热量，还有废弃的物质。
与热机类似，人体这个系统维持运行的前提是：第一，有低熵状态的物质和能量输入体内；第二，有高熵状态的物质和能量排出体外。这些被排除体外的高熵状态的物质和能量，不能再进入人体的物质和能量循环，就是人体这个系统的垃圾。
城市虽然复杂，仍然可以作为物理系统加以讨论。先设定城市的边界。城市的边界不是绝对的。比如北京，可以以四环为城市的边界，也可以以五环、六环为城市的边界。设定了边界之后，就把边界内视为系统内部，边界外视为系统外部。
城市这个系统与人体大致可以对应：
1.开放系统：城市与外界也存在新陈代谢。城市需要从外界获得物质和能量，也需要向外排放废弃的物质和能量。进入城市这个系统的物质和能量包括：电、天然气、清水、粮食、蔬菜……，这些是维系城市日常运行的物质和能量；钢铁、石油、煤炭、建筑材料……，这些材料使得城市的肌体如同人体一样逐日生长……；排出城市这个系统的废弃的物质包括：生活垃圾、工业垃圾、建筑垃圾（通过垃圾车运出）、污水（通过污水管道排出）、废气（直接通过烟囱进入大气），还有废热（也直接进入空气之中，提高街道的温度，使城市出现热岛效应）。
2.准周期系统：城市这个系统过于复杂，其中涉及的周期比较多，但是仍然存在物质和能量转化的周期。尽管城市自身试图免除自然周期的干扰，但是至少昼夜和四季的周期都是存在的。
3.有序系统：系统具有结构的稳定性和独特性，承担复杂的功能。如果不把城市仅仅作为物理系统，而是作为人类社会的物理空间，则这一条是最为重要的。
4.城市与外界只有相对的边界。城市自身在膨胀，使得城市的边界逐渐向外移动。但是，作为物理系统而言，尤其是就本文所要考虑的垃圾问题而言，这个边界的设定是相对宽松的。理论上，可以把一个居民小区的院墙作为系统的边界，考虑进出这个边界的物质和能量——进入这个小区主要是清水、电、天然气、粮食、蔬菜、家用电器、日用百货……排出这个小区的主要是垃圾、污水……
与热机和人体类似，城市这个系统运行的前提是，从外界获取低熵状态的物质和能量，并向外界释放高熵状态的物质和能量。释放出去的物质和能量，就是这个系统不需要的，是被这个系统排出边界之外的，是被这个系统废弃的。这些部分，就是垃圾。
这里，我们需要对垃圾做广义的理解。从热力学的角度，把垃圾定义为系统排出边界之外的高熵状态的物质和能量，则垃圾包括：固态垃圾（通常所说的垃圾）、气态垃圾（废气）、液态垃圾（废水）以及耗散热。前三者是物质形态的垃圾，第四个是能量形态的垃圾。在人体和城市系统中，耗散热常常依附于某种物质被排放出去。
考察一个城市边界所进出的物质和能量的状态，可以对这个城市的状态做出判断。对于一个有序的城市，一个繁荣的城市，进入边界的物质和能量的熵值，必然远远低于送出物质和能量的熵值。反过来，如果进入某个城市系统边界的物质和能量的熵值高于排出边界的物质和能量的熵值，这个城市的功能便无法实现，必然处于萧条、颓废、混乱的状态。
四、垃圾与工业文明
垃圾问题是工业社会之后才成为问题的。
在传统社会，人是本地生态的一部分。人体系统的废弃物，可以进入周边环境，被土地、植物、动物、微生物所利用。所以，人体的废弃物不构成垃圾。