本文發表在《大眾科學》的前部落格網路中，反映了作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點
五十年前，在我們剛從歐洲來到賓夕法尼亞州後不久，我偶然發現了達西·溫特沃思·湯普森的經典著作《論生長與形態》（最初於1917年出版，修訂版於1942年出版），該書探討了數學在生物學中的作用。我幾乎立刻就想到了有一天要寫一本類似的系統性著作，它將超越生物體，也關注人類製品（從簡單的工具到複雜的機器）和複雜系統（從人口到經濟）的增長軌跡的演變。
現在我終於完成了。《增長：從微生物到大城市》評估了我們對這種普遍存在的現實的理解，它既包括病毒感染的擴散，也包括帝國的擴張。這個廣闊的領域包括許多引人入勝的現象，從巨樹的無限生長到城市的逆冪律排名。然而，當與影響我們文明的最重要的增長相關問題相比時，所有這些似乎都只是學術上的興趣：經濟進步的主導模式與保護宜居生物圈的需要之間的對比。
沒有哪個定義現代文明的現象比增長更重要、更普遍，而1950年以來的七十年見證了非凡的進步。在全球層面，人口幾乎增加了兩倍，主糧作物的收成增加了四倍以上，能源消耗增加了近七倍（發電量現在是原來的近30倍），世界鋼鐵使用量增加了近10倍，氮肥使用量增加了30倍以上。因此，全球經濟產出現在是1950年的12倍以上。
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這種增長轉化為許多可喜的個人收益。自1950年以來，全球平均出生時預期壽命增加了約50%，達到72歲以上，而營養不良人口的比例已從全球人口的40%以上減少到10%以下。全球人均GDP增加了四倍以上，從美國房屋（比1950年大2.5倍）到歐洲汽車（同期翻了一番以上），所有東西的平均尺寸都增大了，這已經成為一生中常見的經歷。
到目前為止，最大的增長與旅行和通訊有關。在全球範圍內，飛行（以每年每公里乘客數衡量）現在大約是以前的250倍，而每年產生的資訊總量約為50澤位元組（5 × 1021位元組），比僅僅二十年前高出兩個數量級。
這種增長的反面是——人為變化和生物圈的退化——已經達到了前所未有的強度和範圍。沒有任何主要生物群落逃脫了人類活動的廣泛破壞或改造；全球生物多樣性的下降速度正在進行中，從地質時間尺度來看，可能已經達到了地球的第六次大滅絕；許多人口稠密地區的水供應減少和可靠性降低；海洋及其生物群落受到諸如微塑膠的大量積累和沿海富營養化等因素的影響。
對這些變化的擔憂要麼加劇，要麼被對人為變暖影響的擔憂所掩蓋。自1950年以來，化石燃料燃燒產生的二氧化碳排放量（以大氣層中的氣體濃度衡量）從不到320ppm上升到2018年的410ppm以上。
要緩和並最終逆轉這一趨勢，就需要用非碳替代品取代主要的能源來源，如果目標是將全球變暖限制在平均溫度升高不超過2攝氏度的範圍內，那麼就必須在幾十年內完成，這將是一次前所未有的轉變，將改變現代文明的方方面面。然而，與現在被廣泛接受的結論形成鮮明對比的是，人們並不期望能源、材料和經濟增長會提前結束。
國際組織的預測顯示，石油和天然氣需求至少會上升到2040年（屆時煤炭仍將是發電的主要燃料）。到2060年，世界經濟產出可能達到目前的3倍，到2040年，全球旅行的每公里乘客數預計將增加兩倍以上。持續增長的假設甚至在最大的成熟富裕經濟體中也盛行，美國GDP預計到2060年將翻一番。
儘管人們普遍談論可持續性、綠色經濟和脫碳，但沒有哪個國家有任何深思熟慮的、長期的計劃或政策，能夠導致能源、材料和經濟產出增長的大幅放緩。相反，我們被承諾未來的經濟增長將與能源和材料消耗脫鉤。
相對脫鉤——即降低能源強度和單個產品或整個經濟體的材料需求——對現代發展至關重要，而且將繼續存在。但是，全球層面經濟增長與能源和材料的絕對脫鉤（即，隨著經濟產出的不斷增長，它們的使用量穩步下降）與物理定律相矛盾：僅在2050年之前出生的約20億人基本生存需求
將需要大幅增加能源和材料的投入。
此外，僅在一二十年內不可能完成能源使用的全球完全脫碳，因為碳基化石燃料的大量性和主導地位（現在每年使用約100億噸，供應全球85%的主要能源），並且缺乏可以按所需規模和以可承受的成本部署的現成替代品。我們如何取代寒冷地區10億人的家庭取暖燃料？我們如何取代海洋和航空運輸中使用的超過5億噸的精煉燃料？什麼將取代近10億噸用於非能源用途的化石燃料——最重要的是用於合成氨和塑膠？我們如何消除鍊鐵高爐中使用的超過5億噸的焦炭？
如果氣候模型的共識是正確的，那麼保持過去的全球經濟增長速度和模式與到2050年保持在可容忍的溫度限制內是不相容的——但我們沒有現實的計劃來擺脫持續的增長。
無論如何，以我們目前的技術能力，不可能迅速而大幅地偏離這些做法，它們只會加劇現有的全球不平等。我從不做預測，但我希望我能在2050年左右看到全球文明如何解決這一生存困境——或者它是如何失敗的。