【量化历史研究】能源、知识与人口：重新理解英国工业革命的起飞

工业革命中的煤炭

（图源：https://www.thoughtco.com/coal-in-the-industrial-revolution-1221634）

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前 言

我们常常以为，现代经济增长的故事，是一个关于制度、市场与企业家精神的故事。亚当·斯密笔下的分工，熊彼特笔下的创造性破坏，再加上财产权保护与法律体系，似乎就足以解释为什么在1750年前后的英国，人类第一次摆脱了马尔萨斯陷阱。

然而，如果把注意力从契约与制度移向蒸汽机的锅炉，会发现一个被主流增长理论长期忽视的事实：工业革命首先是一场能源革命。在现代统一增长理论（Unified Growth Theory）的几乎所有模型中，能源都是缺席的。学者们试图用人力资本、人口转型、技术外部性来解释从停滞到增长的跨越，却几乎没有人把煤炭放进方程。

Emmanuel Bovari 与 Victor Court 的这篇论文，正是要把能源加入增长理论的核心。他们构建了一个同时包含人口、知识积累、能源资源约束与通用目的技术（GPT）演化的统一增长模型，对英国1700年至1960年的历史经验进行了拟合，并通过反事实模拟，追问：如果没有煤炭，英国的工业革命还会发生吗？

图1：纽科门蒸汽机——被煤炭驱动的工业心脏

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研究背景

统一增长理论旨在用一个内生框架同时解释前现代的马尔萨斯停滞、人口转型和现代持续增长。一系列模型提出了不同的触发机制：人口规模对技术进步的推动、儿童数量与质量的权衡、性别平等的改善、预期寿命的延长、普遍知识的积累等等。

然而，Bovari与Court指出，这些模型有一个共同的盲区——它们都试图在不考虑能源的情况下解释工业革命。唯一把能源纳入统一增长模型的Fröling（2011），也存在一些与历史事实不符的假设，例如知识进步能提升煤炭的转换效率却不能提升生物质能的转换效率。这种忽视与经济史学家的看法形成了鲜明反差。Pomeranz、Allen、Wrigley、Kander等人长期强调，煤炭在英国工业革命中的角色是决定性的，而不是一个可有可无的辅助因素。Wrigley甚至直言：若依靠光合作用每年提供的能量流，英国不可能建成大规模的钢铁工业和铁路系统——工业革命在纯粹的有机经济中根本不可能发生。

一个有趣的历史反差是：18世纪初，英国和荷兰的工资远高于中国、日本和印度，这使得节省劳动的技术有了经济动机；同时，由于原工业化大量消耗木柴，西欧尤其是英国的木材价格不断上涨，节省木柴的技术得到关注。而英国恰好拥有大量容易开采的浅层煤炭。三者叠加，才有了蒸汽机把煤炭的热能转化为机械能的那次关键突破。作者要做的，就是把这套经济史叙事形式化为一个可求解、可拟合、可反事实模拟的增长模型。

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模型设定

作者构建了一个包含三代人（儿童、青年、老年）的世代交叠模型。家庭在子女数量、子女教育、当期消费和退休储蓄之间做出决策；决策同时受制于一个关键变量——整个经济的应用知识存量。这一存量决定了教育技术的效率，也决定了资源开采的成本。

生产端有两类最终投入品，分别依赖可再生能源（生物质、水力、风力）与不可再生能源（化石燃料）。两种能源的提取成本是资源剩余量和应用知识存量的函数：剩余越少，成本越高；知识越多，成本越低。这两股力量的拉锯，正是能源转型的微观基础。

技术进步分为两类：一类是早期通过干中学（learning-by-doing）累积的非盈利性知识，它随人力资本和通用目的技术水平而演化，并受制于边际递减；另一类是工业革命后兴起的熊彼特式R&D，由利润动机驱动，表现为分行业的质量阶梯上升。两种技术进步共同汇入一个应用知识总存量，进而决定下一代通用目的技术的到来频率与扩散速度。他们接受Mokyr、Squicciarini与Voigtländer等人的观点：在工业革命的第一阶段，起决定作用的并不是大众识字率，而是启蒙运动塑造的科学文化和精英知识网络——那些把欧洲各国的观念和发明转化为可盈利技术的工程师、机械师和实验者。普及教育意义上的人力资本只在1850年之后才变得重要。

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核心发现

4.1

英国：煤炭作为起飞的催化剂

作者将模型校准到英国1700年至1960年的数据，涵盖GDP、人均GDP、人口、人均人力资本和两类能源消费。基线模拟非常好地复现了历史轨迹。真正有意思的是四个反事实情境。

第一个反事实是假设化石能源的开采成本高十倍（即煤层更分散、更难开采）。结果是，1900年时不可再生能源消费比基线低91%，总能源消费低87%，人均GDP损失约35%。第二个反事实是假设初始化石能源存量只有基线的十分之一，后果同样严重：到1950年人均GDP仍比基线低35%。第三个反事实是假设通用目的技术的扩散速度慢十倍，这对经济增长的冲击略小但仍然可观。第四个反事实最为有趣：如果把干中学的效率降为十分之一，1900年时化石能源消费减半，人均GDP损失达45%——知识积累的延迟，通过延迟人口转型、抑制R&D、阻碍资源开采，形成了层层放大的负反馈。

换句话说，在这个模型中，能源本身并不是充分条件，但它是一个不可或缺的催化剂。没有那座地下的煤炭宝库，即使制度、知识、市场都已就位，持续增长也无法点燃。

图2 基线与四种反事实情境下的能源与GDP轨迹

4.2

定向技术变迁：

从可再生到不可再生的转折

这篇文章在方法上最重要的贡献，是将Acemoglu意义上的定向技术变迁（directed technical change）融入统一增长框架。在英国基线模拟中，真正的盈利性R&D直到19世纪才开始，而且一启动就几乎完全偏向化石能源部门——在1820年到1860年之间，可再生能源部门的R&D成功概率几乎为零。

在前工业时代，生物质、水力、风力是主导能源，经过几百年的干中学，这些部门已经相当成熟。但由于它们受制于每年的太阳能流量，资源逐渐逼近自然上限——到1800年，基线情境中可再生资源潜力已被消耗了约50%，而化石资源仅被动用了2%。可再生资源的提取成本因此不断上升，而化石资源的提取成本则在下降（更多知识降低开采难度）。相对价格的变化，叠加市场规模效应和R&D效率，最终把技术变迁的方向稳定地转向化石部门。

这一机制也解释了为什么反事实“高化石成本”情境下工业革命被推迟：如果化石能源的开采成本过高，早期R&D会偏向可再生部门，结果是可再生资源被更快消耗、成本更快上升，直到危机的临界点——但此时已错过了宝贵的窗口期，经济起飞被延后近一个世纪。

4.3

西欧与东亚的分流

作者最后把模型分别校准到西欧（英、瑞典、法、德、意、西、葡、荷的加总）和东亚（中国）。这场比较的意义在于：在相同的模型结构下，哪些参数的差异最能解释大分流？

校准结果显示，西欧与东亚在化石能源的开采成本上其实差别不大，但在两个维度上差距显著。第一，可再生能源在东亚更易获取（提取成本参数低67%）——这反而是一种“诅咒”，它降低了转向化石能源的压力。第二，东亚的干中学效率只有西欧的十分之一，意味着前工业时代知识积累的速度远慢于西欧。再加上初始全要素生产率西欧高出37%，整个前现代知识基座就存在系统性差距。

作者随后做了反事实：保持东亚的初始能源禀赋不变，只把可再生能源成本、干中学效率、初始生产率调整为与西欧相当的水平。结果是东亚的GDP起飞时点、化石能源消费轨迹都显著向西欧靠拢。这与Goldstone关于中国“繁荣却未革命”的论断相呼应：中国并非缺少原材料或技术，而是缺少那种能够把零散的技术突破系统化为机械科学与热机原理的知识累积机制。

图3 西欧、东亚基线与东亚反事实情境的R&D方向相图

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研究意义与启示

首先，它挑战了把能源视为“次要变量”的主流宏观经济学传统。在标准国民收入核算中，能源支出仅占GDP的5%左右，因此其产出弹性通常被设为0.05。但作者指出，这种“成本份额定理”其实建立在完全竞争均衡的边际假设之上，在真实世界——尤其是能源价格冲击或能源转型这样的非边际变化中——严重低估了能源的重要性。1973年石油危机时，5%的石油供给削减造成3%的GDP损失，而不是“成本份额”预测的0.25%。

其次，它把Mokyr关于“有用知识”和启蒙科学文化的历史叙事，嵌入了一个可求解的数学模型。长期以来，统一增长理论大量依赖人力资本作为触发机制，但Mokyr等人早已指出，在工业革命的第一阶段，普通民众的识字率并非决定性因素，真正起作用的是科学精英、工匠网络、出版物、学会与讲座所构成的知识生态。作者通过引入干中学、R&D和通用目的技术三类技术进步，把这种“精英-大众”的知识结构隐含地表达了出来。

最后，它为当下的能源转型提供了一个历史参照。今天我们面临的问题与18世纪某种程度上是“镜像”的——那时是从逼近上限的可再生能源转向几乎未开发的化石能源，今天则是从仍然充沛的化石能源转向受间歇性约束的可再生能源。作者在结尾暗示：理解那一次转型为何成功，理解知识-能源-人口三者的相互锁定机制，对设计当代的气候政策与增长战略都有参考价值。如果说上一次能源转型靠的是价格信号自发诱导的技术变迁，那么这一次，面对气候约束的紧迫性，我们或许没有那么奢侈的时间。

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结 语

从纽科门在1712年造出第一台实用蒸汽机，到1900年英国煤炭消费达到顶峰，再到今天我们开始重新审视化石时代的遗产，人类与能源的关系塑造了现代世界的基本形态。

Bovari与Court的模型提醒我们：经济增长从来不是一个纯粹的货币现象或制度现象。在每一条GDP曲线的背后，都有一条热力学上的能量流；在每一次技术跃迁之下，都有一次资源约束与知识积累的赛跑。增长理论若想真正理解那次发生在200多年前的伟大跨越，就必须走出“无摩擦的黑箱”，重新打开能源这个被长期尘封的侧门。

文献来源：Emmanuel Bovari and Victor Court, "Energy, Knowledge, and Demo-Economic Development in the Long Run: A Unified Growth Model," SSRN Working Paper, March 2019.