本文发表在《大众科学》的前博客网络中，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点
五十年前，在我们刚从欧洲来到宾夕法尼亚州后不久，我偶然发现了达西·温特沃思·汤普森的经典著作《论生长与形态》（最初于1917年出版，修订版于1942年出版），该书探讨了数学在生物学中的作用。我几乎立刻就想到了有一天要写一本类似的系统性著作，它将超越生物体，也关注人类制品（从简单的工具到复杂的机器）和复杂系统（从人口到经济）的增长轨迹的演变。
现在我终于完成了。《增长：从微生物到大城市》评估了我们对这种普遍存在的现实的理解，它既包括病毒感染的扩散，也包括帝国的扩张。这个广阔的领域包括许多引人入胜的现象，从巨树的无限生长到城市的逆幂律排名。然而，当与影响我们文明的最重要的增长相关问题相比时，所有这些似乎都只是学术上的兴趣：经济进步的主导模式与保护宜居生物圈的需要之间的对比。
没有哪个定义现代文明的现象比增长更重要、更普遍，而1950年以来的七十年见证了非凡的进步。在全球层面，人口几乎增加了两倍，主粮作物的收成增加了四倍以上，能源消耗增加了近七倍（发电量现在是原来的近30倍），世界钢铁使用量增加了近10倍，氮肥使用量增加了30倍以上。因此，全球经济产出现在是1950年的12倍以上。
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这种增长转化为许多可喜的个人收益。自1950年以来，全球平均出生时预期寿命增加了约50%，达到72岁以上，而营养不良人口的比例已从全球人口的40%以上减少到10%以下。全球人均GDP增加了四倍以上，从美国房屋（比1950年大2.5倍）到欧洲汽车（同期翻了一番以上），所有东西的平均尺寸都增大了，这已经成为一生中常见的经历。
到目前为止，最大的增长与旅行和通信有关。在全球范围内，飞行（以每年每公里乘客数衡量）现在大约是以前的250倍，而每年产生的信息总量约为50泽字节（5 × 1021字节），比仅仅二十年前高出两个数量级。
这种增长的反面是——人为变化和生物圈的退化——已经达到了前所未有的强度和范围。没有任何主要生物群落逃脱了人类活动的广泛破坏或改造；全球生物多样性的下降速度正在进行中，从地质时间尺度来看，可能已经达到了地球的第六次大灭绝；许多人口稠密地区的水供应减少和可靠性降低；海洋及其生物群落受到诸如微塑料的大量积累和沿海富营养化等因素的影响。
对这些变化的担忧要么加剧，要么被对人为变暖影响的担忧所掩盖。自1950年以来，化石燃料燃烧产生的二氧化碳排放量（以大气层中的气体浓度衡量）从不到320ppm上升到2018年的410ppm以上。
要缓和并最终逆转这一趋势，就需要用非碳替代品取代主要的能源来源，如果目标是将全球变暖限制在平均温度升高不超过2摄氏度的范围内，那么就必须在几十年内完成，这将是一次前所未有的转变，将改变现代文明的方方面面。然而，与现在被广泛接受的结论形成鲜明对比的是，人们并不期望能源、材料和经济增长会提前结束。
国际组织的预测显示，石油和天然气需求至少会上升到2040年（届时煤炭仍将是发电的主要燃料）。到2060年，世界经济产出可能达到目前的3倍，到2040年，全球旅行的每公里乘客数预计将增加两倍以上。持续增长的假设甚至在最大的成熟富裕经济体中也盛行，美国GDP预计到2060年将翻一番。
尽管人们普遍谈论可持续性、绿色经济和脱碳，但没有哪个国家有任何深思熟虑的、长期的计划或政策，能够导致能源、材料和经济产出增长的大幅放缓。相反，我们被承诺未来的经济增长将与能源和材料消耗脱钩。
相对脱钩——即降低能源强度和单个产品或整个经济体的材料需求——对现代发展至关重要，而且将继续存在。但是，全球层面经济增长与能源和材料的绝对脱钩（即，随着经济产出的不断增长，它们的使用量稳步下降）与物理定律相矛盾：仅在2050年之前出生的约20亿人基本生存需求
将需要大幅增加能源和材料的投入。
此外，仅在一二十年内不可能完成能源使用的全球完全脱碳，因为碳基化石燃料的大量性和主导地位（现在每年使用约100亿吨，供应全球85%的主要能源），并且缺乏可以按所需规模和以可承受的成本部署的现成替代品。我们如何取代寒冷地区10亿人的家庭取暖燃料？我们如何取代海洋和航空运输中使用的超过5亿吨的精炼燃料？什么将取代近10亿吨用于非能源用途的化石燃料——最重要的是用于合成氨和塑料？我们如何消除炼铁高炉中使用的超过5亿吨的焦炭？
如果气候模型的共识是正确的，那么保持过去的全球经济增长速度和模式与到2050年保持在可容忍的温度限制内是不相容的——但我们没有现实的计划来摆脱持续的增长。
无论如何，以我们目前的技术能力，不可能迅速而大幅地偏离这些做法，它们只会加剧现有的全球不平等。我从不做预测，但我希望我能在2050年左右看到全球文明如何解决这一生存困境——或者它是如何失败的。