空间、气候变化及理论的真正意义

陈轶翔/编译

空间、气候变化及理论的真正意义

陈轶翔/编译

●气候科学是以理论为基础的。这对于科学家而言已足够。

过去我曾是一名宇航员，国际空间站的太空行走者。很自然的，在我长达十五年的职业生涯中，大部分时间是在地面上度过的，同工程师一道建设空间站，并设法使空间站满载宇航员，以供科学研究，但这种地面上、日复一日的工作偶尔也会被打断，即当我被发送进入空间轨道，通过我的宇航服面罩来看地球时，那种景象令人大开眼界，有时甚至是极为震惊的。

空间站绕地球一周需要一个半小时，其中经历了五十分钟的白天和五十分钟的黑夜，无限的循环重复。这意味着在一次长达七小时的太空行走中，你一共可以看到四次日出和日落。我清楚地记得，当空间站安静地从南往北飞越过大西洋，驶向欧洲时，我在空间站外部抓住扶手，能够看到昼夜之间的界限，在我们面前的地平线上缓缓出现。太阳很快落下，飞速出现的橘色、粉色和红色带状光束被我们抛在身后，然后我们突然处于薄暮之中，飘进了世界黑暗的一面。昼夜界限在我们上方轻轻转动，在我们的前方、下面是深深的黑夜，我可以看到一个巨大的灯火通明的城市，贴敷在弧形的地球表面，延伸至世界的边际。我能够看到这个城市的结构：闪亮的中心地带、网状公路，郊区灯光的光晕消失在乡村的黑暗之中。这个城市是开罗，看起来美丽而绚烂。在那里，数百万的人要谋生，需要稳定的工作，要养活自己和家人，忧虑着未来。太空中，我伸出一只手，似乎就可以把这个城市遮盖起来。开罗很快便从眼前滑过，被我们留在身后，越过地平线，进入眼帘的是更多的城市，它们贴敷在这个星球的弧形面上，似乎在朝我们移动过来。

在我看来，这个星球上的城市之光代表着人类的活力与希望。多数人努力工作，为使自己和家人能够生活得更好。这是值得称赞的动力，正是这种动力促使我们的祖先走出山洞，建立起村庄、城镇和都市。这一过程推动了人类文明的进步：在城市里，人们的交流、探讨和论证促使了艺术、哲学、工程学和科学的产生与发展。在21世纪，全球已有一半以上的人居住在城市，这是有史以来的第一次。在富裕的西半球，多数人忙碌地生活着，他们开车、乘飞机，在家里或办公室里开着空调保持室内的冬暖夏凉。因此，就有了黑暗之中这些灯火通明的城市。

所有这一切对我们地球上的资源有很大的需求。气候变化的事实是显而易见的：在过去几百年中，全球气候急剧变暖，而21世纪以来情况更是前所未有的恶化。我们正在目睹夏季北极海冰的减少和格陵兰岛冰川的融化。而冰川的融化正是导致自1992年至今海平面上升三英寸的重要原因之一。地球在变暖，冰川在融化，海平面在上升，这些都是我们看到的事实。

这些变化是人类造成的吗？答案无疑是肯定的。世界各地的很多气候研究机构曾计算分析过导致气候变化的各种因素，其中包括那些与人类不相干的因素，如火山灰。已经一再得到证明的是，如果不把人为温室气体排放量的增加作为考虑因素，则根本无法解释近些年不断加剧的全球变暖现象。如果将二氧化碳的增加排除在考虑因素之外，那么自1890年至今的温度趋势走向，虽有摇摆波动，但平均来说，呈水平状。但真实的记录显示，急剧上升的温度曲线与可观察到的二氧化碳排放量的增加曲线十分匹配。全球的气候科学家，在各自国家科学院的支持下，坚定地认为全球变暖应归咎于化石燃料的排放。人类正是加速气候变暖的原因。我们的赌注是自己的生活，或者更准确地说，是我们后代的生活。

作为一名科研工作者，我认为，政治上讨论气候变化以及如何减轻其最严重影响，应当以事实为基础并保持清醒的头脑。不幸的是，情况并非如此。在美国，那些否认气候变化的人所做的工作“堪称一流”，他们广泛传播错误的信息，混淆人们的视听。因此，许多著名政治家可以不必担心受到惩罚而坚持说，气候变化是一个骗局，一个仅依靠不断重复而得到一些可信度的咒语。那些否认气候变化的人还喜欢说，全球变暖仅仅是一个理论，是科学无法解决的。这种看似完美的官腔，在长达三百年的科学发展面前根本不堪一击。在科学发展的过程中，理性论点必须建立在事实和得以充分证实了的理论之上，而不是依靠个人信仰或偏见。

而且这很危险。我们的气候模型预测，如果未来几十年仍不采取措施减少二氧化碳排放量，那么在全球降水、温度模式、水与粮食安全方面将出现巨大的变化，同时伴随着海平面的急剧上升。这促使《巴黎气候协议》的签署者们呼吁要将全球平均气温的上升幅度限制在较前工业化时期高2摄氏度以内。

根据这些气候模型所做的预测，其背后的科学理论有时解释起来并不容易，这促使我更多地去思考科学家们应如何将自己所了解的真相传达给公众。当论及气候变化的原因和未来气候的趋势走向，科学家进行的分析和预测很大程度上源于计算机模型的分析结果，而计算机模型则立足于图层和图层理论。问题是，关于不断变化的气候，无论是已知的还是未知的，人们都很困惑，其根源在于人们对理论在科学中的作用的理解问题。

从根本上说，科学中的理论不仅仅是一种见解或奇想，更是对我们认为的事物运作模式的一种逻辑性构建，是被科学家们普遍认可的，同时与我们可获得的观测结果相一致。一个很好的例子就是，艾萨克·牛顿的万有引力定律认为，宇宙中的每个物理实体周围都有一个引力场，而引力场强度则取决于该物体的质量。该理论虽然只是一个简单的方程式，却很好地解释了我们观察到的行星环绕太阳运行这一现象，而且可以用来使我们把宇宙飞船顺利发送至月球或其他地方。就大范围的天文现象而言，爱因斯坦对牛顿的万有引力定律做出了改进；但就一般的工程应用而言，产生于三百年前的牛顿物理学仍然堪称完善。

牛顿及其后继者的思想理论，已遍及我们现代文明的每个角落。我们走在大街上，看到的建筑物就是按照万有引力定律用钢筋和混凝土建成的，桥梁和机械的建造也是如此。我们不会去建造不同设计的建筑，等着看它们是否会倒塌，然后再去尝试另一套设计。基于牛顿定律的工程理论，其普遍性和可靠性是毋庸置疑的，我们能够利用牛顿定理将建筑设计一次性做好，几乎屡试不爽。另一个完美的例子是空气动力学理论：大型喷气式客机波音747的原型首次试飞成功，该理论的运用功不可没。每次我们登上客机，其实在某种程度上是把自己的生命托付给了一组方程式，而该方程式已得到大量实验观察的证实。可以说飞机就是按照一个理论来建造的铝制品。

气候模型也是基于理论产生的，其中包含大量的方程式，描述了阳光如何温暖地球，吸收的能量如何影响风和海洋的运动、云的形成与消散、冰盖的融化等等。这些方程式都被转化为计算机代码，这些代码彼此互相联结起来，输入巨型计算机中，进而计算整个地球系统的时间演化，通常时间为几分钟。在几天的时间尺度上，我们利用这些模型进行天气的预测（目前运作良好）；在较长的时间尺度上，我们可以探讨未来几十年气候的变化，这取决于大气中的二氧化碳排放量。这个气候模型有三大优势：第一，可以按照历史纪录，包括卫星数据档案，来检测核实该模型的运作状况；第二，可以计算出预测的不确定性；第三，全世界有二十多种气候模型，可以用来互相检测核实各自的准确性。在仔细研究了成千上万的模型运作之后得出的结论是显而易见的：全球正在迅速变暖，而化石燃料的燃烧是主要驱动力。

然而，理论毕竟是抽象的，人们很容易被误导，以为基于理论的事物很有可能是错误的，或是就像某个社会问题一样是有争议的。这是不正确的。我们在物理和生物科学中应用的几乎所有被认可的理论，均不可能因为某些人的看法、内在信念、直觉或游说而存在不同的解释。在科学世界里，二加二只能等于四。要改变或修改一个理论，就像爱因斯坦的相对论修改了牛顿定律，需要大量的实验证据，并付出巨大的努力。

由此，政治和科学之间存在误解。在很多政治讨论中，气候科学被当作计划生育或税务重组一样的问题来对待。当谈及这些社会问题时，信仰或个人观点非常重要，这理应如此。但气候及气候预测问题是迥然不同的。过去一百三十年中的气候变化都有文件记录，是无可辩驳的事实。科学理论正是基于这些事实。在坚实的科学理论基础上，我们推测出未来气候将如何受到化石燃料燃烧的影响。你可能会听到，一些媒体的报道中关于气候问题的所谓“不偏不倚”的争论，对发言人有的支持有的反对，二者似乎达到一种平衡。然而实际上，97%的气候科学家都站在支持的一方，认为最近的气候变化是人类活动导致的结果，是真实存在的；仅有3%持反对意见。同样的，几十年前关于烟草与健康问题的讨论中，烟草公司能够找到极少数的几位科学家站出来声称：吸烟并非真的有害健康。

在上述这样的辩论中，科学总是无一例外地胜出。可以上谷歌搜索列奥纳多·达芬奇或约翰尼斯·开普勒加以验证。你可以欺骗自己，也可以暂时欺骗别人，但你无法欺骗大自然。历史上，当面临严峻挑战时，人类常常展现出自己的智慧与创造力。现今，我们有工具可以用来观察、理解并预测气候变化，可以利用各种文明资源来应对全球变暖的影响，并减少其灾难性后果。对此我是乐观的，因为当我在太空看到夜晚地球上那些灯火通明的城市，那里人们的精神和力量使我充满了信心。但必须面对的事实是，我们的地球正在逐年变暖，而我们的应对工作进展缓慢。我们需要做出必要的修正，其中主要是从化石燃料到其他能源的过渡，唯有如此，那些预测中真正糟糕可怕的场景才不会变成现实。

[资料来源：The New Yorker][责任编辑：岳峰]

弗朗西斯·克里克研究所是欧洲最大的生物医学研究机构

尽管实验室配置良好，但是霍克和帕尔普两公司合作造成的粗陋风格近在眼前。形状不规则的大型白色建筑物像一个侵袭性肿瘤坐落在中庭底部，这是能容纳450人的大礼堂；而公共展厅区好像是事后才考虑到的一个区域，占去了一楼角落的多余空间。各种材料发出的刺耳声音连续不断，棋盘一般的装饰木板呈现出三种不同的色调，白色板面可以为过往的科学家记录下脑电波，每个拱腹都有螺栓固定的隔音板。

这座建筑的内部物件运行起来是比较成功的。在最上层，巨大的通风管道最终从石膏板隐藏区域伸展出去，然后从屋顶向上冒出，拥有船舶机舱般的威严气势。现在，该让你意识到这一点了：在其他方面，这座建筑可以给你一种置身于巴黎蓬皮杜艺术中心的兴奋感。值得赞颂的还有这个惊人的事实：这栋12层的楼房有三分之一处于地下，其重量相当于25层的高楼，每10秒钟排放出的空气足以填满一个奥林匹克运动会上的游泳池。

毫无疑问，这座建筑能很好地达到创建弗朗西斯·克里克研究所的目的，但是本来它可以做得更好。跟剑桥市获得斯特林奖的塞恩斯伯里实验室相比，差距还是很明显。作为科学工作的实验室，这种笨重的设计是不可原谅的。提到弗朗西斯·克里克研究所奇迹般的创建，纳斯称：“在英国，有时我们会做出一些不可思议的事情，而且几乎都是在偶然的情况下做出的。”除了在这种情况下，设计过程中任何偶然的拙劣处理都不会获得所期望的效果。

[资料来源：The Guardian][责任编辑：丝丝]

本文作者皮尔斯·塞勒斯（Piers Sellers），博士，NASA宇航员，多次进行太空漫步。