地球溫室效應是真實的謊言嗎？－兼談現代科學的局限性 【按】本文是一篇科普，通過分析地球變暖和溫室效應形成機理的極端複雜性，展示我們人類知識和智慧的某些局限，特別是西方科學和思維方法在某些科學領域無能為力的局面，對未來科學的發展方向作了一些探討。部分內容與筆者的研究領域相關，請方家批評指正。（本文系原創，轉載請務必註明出處。） (1) 地球變暖 這幾天北半球掉進了冰窟窿，許多地方的降雪和低溫打破了幾十年甚至上百年的記錄，想起08年大雪災以來連年出現的酷寒天氣，仿佛給前些年狂炒“地球變暖論”的國際專家們兜頭一盆冰水。有人不禁問，地球真的在變暖嗎，我咋凍得直哆嗦涅？ 於是專家們出來解釋了，說是地球變暖不一定表現在溫度上升，還可能表現在溫度變動幅度加大，引起極端天氣的增多。你信嗎？這幾年多少地方的旱災，酷暑，洪災，冰雹災，甚至地震火山，層出不窮，想想也有幾分道理。 其實自上個世紀以來，地球溫度的不斷上升還是有數據支持的(圖1)，根據衛星觀測，北極冰蓋正在迅速減小，海平面正在上升(圖2)。地球變暖，似乎是無法否認的事實。 但問題不在這兒，真正的問題是，地球變暖究竟是自然的現象，還是人類活動的結果？ 
圖1 最近130年的平均氣溫變化 (圖片取自網絡，下同) 
圖2 最近130年的海平面變化 (單位為毫米)
(2) 溫室效應 曾幾何時，CO2等溫室效應氣體(Greenhouse gases) 的排放被認為是造成地球變暖的罪魁禍首。 與《寂靜的春天》的發表和臭氧層空洞的被發現所造成的轟動效應不同，溫室效應早在1896年前就被研究過，但直到１９７０年代後才成為公共話題。所謂溫室效應，根源在於一些氣體如CO2和水蒸氣等，對熱輻射波的吸收有選擇性。這些氣體可以吸收長波（如紅外線）輻射，卻對短波（如可見光）輻射沒有吸收效果。而太陽光的輻射以短波為主，因此可以順利照到地面；相反，地面的輻射呢，卻以紅外線為主，中途被吸收，散發不到太空去，這就好像形成了一個看不見的熱罩子，吸熱大於放熱。 
圖3 溫室效應圖解
圖4 溫室氣體排放量及地球溫度的變化對比 (3) 究竟誰該為地球變暖負責？ 顯而易見，大氣中CO2的濃度越高，溫室效應將會越明顯。於是有學者繪製了一張CO2排放量和地球溫度變化的趨勢圖(圖4)，試圖佐證溫室效應是地球變暖的主要因素的觀點。 但是反駁意見馬上出來了，大家知道太陽的活動具有周期性，這些年太陽輻射量也在增加；同時，這些年地球粉塵污染和火山噴發在變少，灰塵對陽光的遮蔽效果也在變弱(大家想想去年冰島火山噴發和今年酷寒的關係)，這都可以造成氣溫升高。溫室氣體的影響又能占多少？退一步說，即使溫室效應的影響很大，地球上的主要溫室氣體是水蒸氣，CO2所占的比例很低，濃度變一點又能影響多少？ 他們還拿出過去數千年的地質資料以佐證，認為目前的地球溫度變動尚在正常幅度以內 (圖5)。 
圖５ 過去１２０００年中地球溫度的變化 於是，一些研究者藉助大型計算機模擬技術，定量地對溫室效應作了分析，並悲觀地預測，照目前的趨勢，到本世紀末地表溫度將上升5到6.5度，影響將是災難性的。 但反駁意見又說了：你考慮海洋對CO2的吸收了沒有？大家知道，CO2分子量大，比較重，因此主要集中在地面附近，地表植物對CO2的吸收只是一小部分，更多的CO2是被浩瀚的海洋吸收的(原理如同造汽水)。而海水中的CO2繼續沉積，最後形成海底的碳酸鹽岩層。 於是，研究者對計算機模型作了修正，一旦考慮海洋的吸收效果，100年後地表溫度只上升2到4度。 反駁意見又來了: 你考慮海浪的影響了沒有？俗話說“大海無風三尺浪”，筆者曾看到2005年的一篇Nature的封面文章，說海洋表面絕大部分有海浪，特別是產生破碎波的海浪，使氣液接觸面積成倍地增加，因此用平表面面積計算吸收量是不對的。(＊注1) 於是，搞定量分析的人哭了：等我分析出來，2100年早就過去了！
圖６ 海浪及破碎液面 不但如此，造成地球氣候變動的影響因素遠不止人類活動，太陽輻射，地磁的變化，地殼內部的變動，地震的影響，火山灰的影響，大氣環流和海洋環流的漲落……諸如此類的因素對氣候的影響很可能遠大於人類活動。 有科學家不無諷刺地說，“上帝才不管你用不用太陽能，開不開混合動力車，地球就是地球。” 如何定量化研究這些因素的影響，並對氣候變動做出準確預測，目前的工作是遠遠不夠的。或者說，對於溫室氣體的排放對地球變暖有多大的影響，現在還根本無法給出滿意的結論。 (4) 人類科技智慧和現行科研方法的局限性 面對地球氣候研究這樣複雜的課題，現代人類知識和智慧的局限性，表現得非常明顯。我們知道，西方近現代科學體系的建立，主要基於希臘時代的演繹法和近代的歸納法,這種科學思維的特點在於對抽象概念的外延作嚴密的邏輯分析和推理，這也造成了近代科學的一個現象，即各門學科的發展不平衡。 凡是能夠把單個因素分離或抽象化出來的自然現象，西方科學都很成功，有些學科如分子和原子物理，力學，熱學，電磁學，生物學和醫學等等，基本理論框架已經建立，實踐上更是取得了摩天大樓，發動機，無線電，計算機，ＣＴ和核磁儀，人造衛星之類的驚人成功；反之，凡是無法排除其他因素而孤立地研究某一作用的自然現象，都不很成功,這類現象就包括，包含多參數影響的複雜系統，非平衡系統，臨界現象，非線性物理等等。 地球氣候就是一個多參數影響的複雜系統，而這些影響參數又是動態地相互作用的，“牽一髮而動全身”，人們無法分離出一個，而不考慮另一個。大家都聽說過著名的“蝴蝶效應”，最初就是大氣科學家提出來的。在非線性科學領域，有一個“混沌物理學”的概念，指的就是它。混沌算法目前是複雜領域的研究方法之一，而“混沌(Chaos)”一詞就取自《莊子》，咱們是不是該自豪一把？ 喜歡仰望星空的人類，早就在天文學上取得了驚人的進步，目前哈勃望遠鏡可以觀測到１００億光年遠的星星。但不要忘了，至少在２０世紀以前，天文學的理論基礎――牛頓萬有引力定律，以及觀測手段，本質上也是靜態的。一旦牽涉到相對論，宇宙起源和變化的問題，人類就抓毛了――它又是一個複雜系統。因此大家看到，宇宙大爆炸假說，宇宙１１維甚至２６維假說，反物質暗物質暗能量假說，等等神乎其神令人頭大的理論就出來了。最近有人提問，既然宇宙是大爆炸產生的，那麼那個爆炸原點是如何形成的？於是有人說，原點產生於“無”。總之，老子早就告訴我們，“萬物生於有，有生於無”，現在用上了，哈哈！ 這是科學嗎？不，這是玄學，都是霍金――那個坐在輪椅上的傢伙搞出來的。“玄而又玄，眾妙之門，”老子提醒道。 愛因斯坦說得好，科學遵循簡單的原則，越是好的理論越直觀，越容易理解。這也是區別科學與玄學的標誌，衡量某一學科的基本理論是否成熟的標杆。 地殼運動是一個複雜的系統，因此地震預測就很難，因此狗狗的叫聲，魚的跳越，天邊的雲彩，都會被當成地震來襲的信號，這也是玄學，科學無能為力。 人體是一個複雜的系統，治療各種疑難病症，嚴格的西醫力不從心，於是中醫大夫根據陰陽五行，雲裡霧裡推理一番，往往藥到病除。中醫是科學還是玄學？至少在西方科學的標準看來，它不是科學。 還有一類複雜系統與人類社會有關，如經濟規律，股票和證券市場，社會人類學等等。 於是有人說，咱用《易經》研究地球變暖和溫室效應吧？你行，我可不敢，哈哈！ (5) 結言 －對人類知識和科技的反思。 話又說回來，儘管溫室效應對地球變暖的影響無法確定，咱們還是推行節能減排的好。說到這裡，有人會生氣了，“你自己吐了的再吃進去，噁心不噁心哪？！”我要說，地球氣候變動是個不可逆過程，為防到時候買不到後悔藥，對溫室效應的危害，咱還是寧信其有，不信其無。 再說，儘管某些西方國家及其企業集團，熱炒排放量削減，具有某種政治目的和利益驅動，節能減排帶來的連鎖社會效益還是對中國有利的。環境改善，技術改造，產業升級，替代能源，這些都是攸關國計民生的大問題。 從康德鼓吹的無限主體能動性，誘發了人類征服自然的狂望，到２０世紀後半葉，人類意識到善待自然的重要性，我們人類的哲學智慧又取得了里程碑似的進步。這一進步，處處閃耀着古老的東方哲學的光輝。 諷刺的是，正是作為東方哲學繼承人的中國人，曾幾何時，只有了“人定勝天”的虛驕，卻把老祖宗對天道自然的敬畏感忘到腦後。 今天，環境的惡化使中國人得到了血的教訓。東方哲學告訴人們，自大是人類的通病，中外皆然。
圖７ 據說是地球變暖的最可靠證據 ――――――――――― 注１： 如果你是個雜技演員，拿着半瓶可樂，玩各種驚險動作，而能保持液面不動，你會發現瓶子裡的氣沒有變化。而如果你失手抖動了一下，使液面破碎，空氣和可樂摻到一起，接觸面積幾十倍地增加，可樂里的CO2就會大量蒸發，瓶內氣壓一下子就上來了。倒啤酒起沫也是這個原因。海浪吸收CO2也是這個原理，只不過過程相反，因為海水裡的CO2濃度低。 |
