空間、氣候變化及理論的真正意義

陳軼翔/編譯

空間、氣候變化及理論的真正意義

陳軼翔/編譯

●氣候科學是以理論為基礎的。這對于科學家而言已足夠。

過去我曾是一名宇航員，國際空間站的太空行走者。很自然的，在我長達十五年的職業(yè)生涯中，大部分時間是在地面上度過的，同工程師一道建設空間站，并設法使空間站滿載宇航員，以供科學研究，但這種地面上、日復一日的工作偶爾也會被打斷，即當我被發(fā)送進入空間軌道，通過我的宇航服面罩來看地球時，那種景象令人大開眼界，有時甚至是極為震驚的。

空間站繞地球一周需要一個半小時，其中經歷了五十分鐘的白天和五十分鐘的黑夜，無限的循環(huán)重復。這意味著在一次長達七小時的太空行走中，你一共可以看到四次日出和日落。我清楚地記得，當空間站安靜地從南往北飛越過大西洋，駛向歐洲時，我在空間站外部抓住扶手，能夠看到晝夜之間的界限，在我們面前的地平線上緩緩出現(xiàn)。太陽很快落下，飛速出現(xiàn)的橘色、粉色和紅色帶狀光束被我們拋在身后，然后我們突然處于薄暮之中，飄進了世界黑暗的一面。晝夜界限在我們上方輕輕轉動，在我們的前方、下面是深深的黑夜，我可以看到一個巨大的燈火通明的城市，貼敷在弧形的地球表面，延伸至世界的邊際。我能夠看到這個城市的結構：閃亮的中心地帶、網狀公路，郊區(qū)燈光的光暈消失在鄉(xiāng)村的黑暗之中。這個城市是開羅，看起來美麗而絢爛。在那里，數(shù)百萬的人要謀生，需要穩(wěn)定的工作，要養(yǎng)活自己和家人，憂慮著未來。太空中，我伸出一只手，似乎就可以把這個城市遮蓋起來。開羅很快便從眼前滑過，被我們留在身后，越過地平線，進入眼簾的是更多的城市，它們貼敷在這個星球的弧形面上，似乎在朝我們移動過來。

在我看來，這個星球上的城市之光代表著人類的活力與希望。多數(shù)人努力工作，為使自己和家人能夠生活得更好。這是值得稱贊的動力，正是這種動力促使我們的祖先走出山洞，建立起村莊、城鎮(zhèn)和都市。這一過程推動了人類文明的進步：在城市里，人們的交流、探討和論證促使了藝術、哲學、工程學和科學的產生與發(fā)展。在21世紀，全球已有一半以上的人居住在城市，這是有史以來的第一次。在富裕的西半球，多數(shù)人忙碌地生活著，他們開車、乘飛機，在家里或辦公室里開著空調保持室內的冬暖夏涼。因此，就有了黑暗之中這些燈火通明的城市。

所有這一切對我們地球上的資源有很大的需求。氣候變化的事實是顯而易見的：在過去幾百年中，全球氣候急劇變暖，而21世紀以來情況更是前所未有的惡化。我們正在目睹夏季北極海冰的減少和格陵蘭島冰川的融化。而冰川的融化正是導致自1992年至今海平面上升三英寸的重要原因之一。地球在變暖，冰川在融化，海平面在上升，這些都是我們看到的事實。

這些變化是人類造成的嗎？答案無疑是肯定的。世界各地的很多氣候研究機構曾計算分析過導致氣候變化的各種因素，其中包括那些與人類不相干的因素，如火山灰。已經一再得到證明的是，如果不把人為溫室氣體排放量的增加作為考慮因素，則根本無法解釋近些年不斷加劇的全球變暖現(xiàn)象。如果將二氧化碳的增加排除在考慮因素之外，那么自1890年至今的溫度趨勢走向，雖有搖擺波動，但平均來說，呈水平狀。但真實的記錄顯示，急劇上升的溫度曲線與可觀察到的二氧化碳排放量的增加曲線十分匹配。全球的氣候科學家，在各自國家科學院的支持下，堅定地認為全球變暖應歸咎于化石燃料的排放。人類正是加速氣候變暖的原因。我們的賭注是自己的生活，或者更準確地說，是我們后代的生活。

作為一名科研工作者，我認為，政治上討論氣候變化以及如何減輕其最嚴重影響，應當以事實為基礎并保持清醒的頭腦。不幸的是，情況并非如此。在美國，那些否認氣候變化的人所做的工作“堪稱一流”，他們廣泛傳播錯誤的信息，混淆人們的視聽。因此，許多著名政治家可以不必擔心受到懲罰而堅持說，氣候變化是一個騙局，一個僅依靠不斷重復而得到一些可信度的咒語。那些否認氣候變化的人還喜歡說，全球變暖僅僅是一個理論，是科學無法解決的。這種看似完美的官腔，在長達三百年的科學發(fā)展面前根本不堪一擊。在科學發(fā)展的過程中，理性論點必須建立在事實和得以充分證實了的理論之上，而不是依靠個人信仰或偏見。

而且這很危險。我們的氣候模型預測，如果未來幾十年仍不采取措施減少二氧化碳排放量，那么在全球降水、溫度模式、水與糧食安全方面將出現(xiàn)巨大的變化，同時伴隨著海平面的急劇上升。這促使《巴黎氣候協(xié)議》的簽署者們呼吁要將全球平均氣溫的上升幅度限制在較前工業(yè)化時期高2攝氏度以內。

根據這些氣候模型所做的預測，其背后的科學理論有時解釋起來并不容易，這促使我更多地去思考科學家們應如何將自己所了解的真相傳達給公眾。當論及氣候變化的原因和未來氣候的趨勢走向，科學家進行的分析和預測很大程度上源于計算機模型的分析結果，而計算機模型則立足于圖層和圖層理論。問題是，關于不斷變化的氣候，無論是已知的還是未知的，人們都很困惑，其根源在于人們對理論在科學中的作用的理解問題。

從根本上說，科學中的理論不僅僅是一種見解或奇想，更是對我們認為的事物運作模式的一種邏輯性構建，是被科學家們普遍認可的，同時與我們可獲得的觀測結果相一致。一個很好的例子就是，艾薩克·牛頓的萬有引力定律認為，宇宙中的每個物理實體周圍都有一個引力場，而引力場強度則取決于該物體的質量。該理論雖然只是一個簡單的方程式，卻很好地解釋了我們觀察到的行星環(huán)繞太陽運行這一現(xiàn)象，而且可以用來使我們把宇宙飛船順利發(fā)送至月球或其他地方。就大范圍的天文現(xiàn)象而言，愛因斯坦對牛頓的萬有引力定律做出了改進；但就一般的工程應用而言，產生于三百年前的牛頓物理學仍然堪稱完善。

牛頓及其后繼者的思想理論，已遍及我們現(xiàn)代文明的每個角落。我們走在大街上，看到的建筑物就是按照萬有引力定律用鋼筋和混凝土建成的，橋梁和機械的建造也是如此。我們不會去建造不同設計的建筑，等著看它們是否會倒塌，然后再去嘗試另一套設計?；谂ｎD定律的工程理論，其普遍性和可靠性是毋庸置疑的，我們能夠利用牛頓定理將建筑設計一次性做好，幾乎屢試不爽。另一個完美的例子是空氣動力學理論：大型噴氣式客機波音747的原型首次試飛成功，該理論的運用功不可沒。每次我們登上客機，其實在某種程度上是把自己的生命托付給了一組方程式，而該方程式已得到大量實驗觀察的證實?？梢哉f飛機就是按照一個理論來建造的鋁制品。

氣候模型也是基于理論產生的，其中包含大量的方程式，描述了陽光如何溫暖地球，吸收的能量如何影響風和海洋的運動、云的形成與消散、冰蓋的融化等等。這些方程式都被轉化為計算機代碼，這些代碼彼此互相聯(lián)結起來，輸入巨型計算機中，進而計算整個地球系統(tǒng)的時間演化，通常時間為幾分鐘。在幾天的時間尺度上，我們利用這些模型進行天氣的預測（目前運作良好）；在較長的時間尺度上，我們可以探討未來幾十年氣候的變化，這取決于大氣中的二氧化碳排放量。這個氣候模型有三大優(yōu)勢：第一，可以按照歷史紀錄，包括衛(wèi)星數(shù)據檔案，來檢測核實該模型的運作狀況；第二，可以計算出預測的不確定性；第三，全世界有二十多種氣候模型，可以用來互相檢測核實各自的準確性。在仔細研究了成千上萬的模型運作之后得出的結論是顯而易見的：全球正在迅速變暖，而化石燃料的燃燒是主要驅動力。

然而，理論畢竟是抽象的，人們很容易被誤導，以為基于理論的事物很有可能是錯誤的，或是就像某個社會問題一樣是有爭議的。這是不正確的。我們在物理和生物科學中應用的幾乎所有被認可的理論，均不可能因為某些人的看法、內在信念、直覺或游說而存在不同的解釋。在科學世界里，二加二只能等于四。要改變或修改一個理論，就像愛因斯坦的相對論修改了牛頓定律，需要大量的實驗證據，并付出巨大的努力。

由此，政治和科學之間存在誤解。在很多政治討論中，氣候科學被當作計劃生育或稅務重組一樣的問題來對待。當談及這些社會問題時，信仰或個人觀點非常重要，這理應如此。但氣候及氣候預測問題是迥然不同的。過去一百三十年中的氣候變化都有文件記錄，是無可辯駁的事實。科學理論正是基于這些事實。在堅實的科學理論基礎上，我們推測出未來氣候將如何受到化石燃料燃燒的影響。你可能會聽到，一些媒體的報道中關于氣候問題的所謂“不偏不倚”的爭論，對發(fā)言人有的支持有的反對，二者似乎達到一種平衡。然而實際上，97%的氣候科學家都站在支持的一方，認為最近的氣候變化是人類活動導致的結果，是真實存在的；僅有3%持反對意見。同樣的，幾十年前關于煙草與健康問題的討論中，煙草公司能夠找到極少數(shù)的幾位科學家站出來聲稱：吸煙并非真的有害健康。

在上述這樣的辯論中，科學總是無一例外地勝出。可以上谷歌搜索列奧納多·達芬奇或約翰尼斯·開普勒加以驗證。你可以欺騙自己，也可以暫時欺騙別人，但你無法欺騙大自然。歷史上，當面臨嚴峻挑戰(zhàn)時，人類常常展現(xiàn)出自己的智慧與創(chuàng)造力?，F(xiàn)今，我們有工具可以用來觀察、理解并預測氣候變化，可以利用各種文明資源來應對全球變暖的影響，并減少其災難性后果。對此我是樂觀的，因為當我在太空看到夜晚地球上那些燈火通明的城市，那里人們的精神和力量使我充滿了信心。但必須面對的事實是，我們的地球正在逐年變暖，而我們的應對工作進展緩慢。我們需要做出必要的修正，其中主要是從化石燃料到其他能源的過渡，唯有如此，那些預測中真正糟糕可怕的場景才不會變成現(xiàn)實。

[資料來源：The New Yorker][責任編輯：岳峰]

弗朗西斯·克里克研究所是歐洲最大的生物醫(yī)學研究機構

盡管實驗室配置良好，但是霍克和帕爾普兩公司合作造成的粗陋風格近在眼前。形狀不規(guī)則的大型白色建筑物像一個侵襲性腫瘤坐落在中庭底部，這是能容納450人的大禮堂；而公共展廳區(qū)好像是事后才考慮到的一個區(qū)域，占去了一樓角落的多余空間。各種材料發(fā)出的刺耳聲音連續(xù)不斷，棋盤一般的裝飾木板呈現(xiàn)出三種不同的色調，白色板面可以為過往的科學家記錄下腦電波，每個拱腹都有螺栓固定的隔音板。

這座建筑的內部物件運行起來是比較成功的。在最上層，巨大的通風管道最終從石膏板隱藏區(qū)域伸展出去，然后從屋頂向上冒出，擁有船舶機艙般的威嚴氣勢?，F(xiàn)在，該讓你意識到這一點了：在其他方面，這座建筑可以給你一種置身于巴黎蓬皮杜藝術中心的興奮感。值得贊頌的還有這個驚人的事實：這棟12層的樓房有三分之一處于地下，其重量相當于25層的高樓，每10秒鐘排放出的空氣足以填滿一個奧林匹克運動會上的游泳池。

毫無疑問，這座建筑能很好地達到創(chuàng)建弗朗西斯·克里克研究所的目的，但是本來它可以做得更好。跟劍橋市獲得斯特林獎的塞恩斯伯里實驗室相比，差距還是很明顯。作為科學工作的實驗室，這種笨重的設計是不可原諒的。提到弗朗西斯·克里克研究所奇跡般的創(chuàng)建，納斯稱：“在英國，有時我們會做出一些不可思議的事情，而且?guī)缀醵际窃谂既坏那闆r下做出的?！背嗽谶@種情況下，設計過程中任何偶然的拙劣處理都不會獲得所期望的效果。

[資料來源：The Guardian][責任編輯：絲絲]

本文作者皮爾斯·塞勒斯（Piers Sellers），博士，NASA宇航員，多次進行太空漫步。