地球温室效应是真实的谎言吗？－兼谈现代科学的局限性 【按】本文是一篇科普，通过分析地球变暖和温室效应形成机理的极端复杂性，展示我们人类知识和智慧的某些局限，特别是西方科学和思维方法在某些科学领域无能为力的局面，对未来科学的发展方向作了一些探讨。部分内容与笔者的研究领域相关，请方家批评指正。（本文系原创，转载请务必注明出处。） (1) 地球变暖 这几天北半球掉进了冰窟窿，许多地方的降雪和低温打破了几十年甚至上百年的记录，想起08年大雪灾以来连年出现的酷寒天气，仿佛给前些年狂炒“地球变暖论”的国际专家们兜头一盆冰水。有人不禁问，地球真的在变暖吗，我咋冻得直哆嗦涅？ 于是专家们出来解释了，说是地球变暖不一定表现在温度上升，还可能表现在温度变动幅度加大，引起极端天气的增多。你信吗？这几年多少地方的旱灾，酷暑，洪灾，冰雹灾，甚至地震火山，层出不穷，想想也有几分道理。 其实自上个世纪以来，地球温度的不断上升还是有数据支持的(图1)，根据卫星观测，北极冰盖正在迅速减小，海平面正在上升(图2)。地球变暖，似乎是无法否认的事实。 但问题不在这儿，真正的问题是，地球变暖究竟是自然的现象，还是人类活动的结果？ 
图1 最近130年的平均气温变化 (图片取自网络，下同) 
图2 最近130年的海平面变化 (单位为毫米)
(2) 温室效应 曾几何时，CO2等温室效应气体(Greenhouse gases) 的排放被认为是造成地球变暖的罪魁祸首。 与《寂静的春天》的发表和臭氧层空洞的被发现所造成的轰动效应不同，温室效应早在1896年前就被研究过，但直到１９７０年代后才成为公共话题。所谓温室效应，根源在于一些气体如CO2和水蒸气等，对热辐射波的吸收有选择性。这些气体可以吸收长波（如红外线）辐射，却对短波（如可见光）辐射没有吸收效果。而太阳光的辐射以短波为主，因此可以顺利照到地面；相反，地面的辐射呢，却以红外线为主，中途被吸收，散发不到太空去，这就好像形成了一个看不见的热罩子，吸热大于放热。 
图3 温室效应图解
图4 温室气体排放量及地球温度的变化对比 (3) 究竟谁该为地球变暖负责？ 显而易见，大气中CO2的浓度越高，温室效应将会越明显。于是有学者绘制了一张CO2排放量和地球温度变化的趋势图(图4)，试图佐证温室效应是地球变暖的主要因素的观点。 但是反驳意见马上出来了，大家知道太阳的活动具有周期性，这些年太阳辐射量也在增加；同时，这些年地球粉尘污染和火山喷发在变少，灰尘对阳光的遮蔽效果也在变弱(大家想想去年冰岛火山喷发和今年酷寒的关系)，这都可以造成气温升高。温室气体的影响又能占多少？退一步说，即使温室效应的影响很大，地球上的主要温室气体是水蒸气，CO2所占的比例很低，浓度变一点又能影响多少？ 他们还拿出过去数千年的地质资料以佐证，认为目前的地球温度变动尚在正常幅度以内 (图5)。 
图５ 过去１２０００年中地球温度的变化 于是，一些研究者借助大型计算机模拟技术，定量地对温室效应作了分析，并悲观地预测，照目前的趋势，到本世纪末地表温度将上升5到6.5度，影响将是灾难性的。 但反驳意见又说了：你考虑海洋对CO2的吸收了没有？大家知道，CO2分子量大，比较重，因此主要集中在地面附近，地表植物对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继续沉积，最后形成海底的碳酸盐岩层。 于是，研究者对计算机模型作了修正，一旦考虑海洋的吸收效果，100年后地表温度只上升2到4度。 反驳意见又来了: 你考虑海浪的影响了没有？俗话说“大海无风三尺浪”，笔者曾看到2005年的一篇Nature的封面文章，说海洋表面绝大部分有海浪，特别是产生破碎波的海浪，使气液接触面积成倍地增加，因此用平表面面积计算吸收量是不对的。(＊注1) 于是，搞定量分析的人哭了：等我分析出来，2100年早就过去了！
图６ 海浪及破碎液面 不但如此，造成地球气候变动的影响因素远不止人类活动，太阳辐射，地磁的变化，地壳内部的变动，地震的影响，火山灰的影响，大气环流和海洋环流的涨落……诸如此类的因素对气候的影响很可能远大于人类活动。 有科学家不无讽刺地说，“上帝才不管你用不用太阳能，开不开混合动力车，地球就是地球。” 如何定量化研究这些因素的影响，并对气候变动做出准确预测，目前的工作是远远不够的。或者说，对于温室气体的排放对地球变暖有多大的影响，现在还根本无法给出满意的结论。 (4) 人类科技智慧和现行科研方法的局限性 面对地球气候研究这样复杂的课题，现代人类知识和智慧的局限性，表现得非常明显。我们知道，西方近现代科学体系的建立，主要基于希腊时代的演绎法和近代的归纳法,这种科学思维的特点在于对抽象概念的外延作严密的逻辑分析和推理，这也造成了近代科学的一个现象，即各门学科的发展不平衡。 凡是能够把单个因素分离或抽象化出来的自然现象，西方科学都很成功，有些学科如分子和原子物理，力学，热学，电磁学，生物学和医学等等，基本理论框架已经建立，实践上更是取得了摩天大楼，发动机，无线电，计算机，ＣＴ和核磁仪，人造卫星之类的惊人成功；反之，凡是无法排除其他因素而孤立地研究某一作用的自然现象，都不很成功,这类现象就包括，包含多参数影响的复杂系统，非平衡系统，临界现象，非线性物理等等。 地球气候就是一个多参数影响的复杂系统，而这些影响参数又是动态地相互作用的，“牵一发而动全身”，人们无法分离出一个，而不考虑另一个。大家都听说过著名的“蝴蝶效应”，最初就是大气科学家提出来的。在非线性科学领域，有一个“混沌物理学”的概念，指的就是它。混沌算法目前是复杂领域的研究方法之一，而“混沌(Chaos)”一词就取自《庄子》，咱们是不是该自豪一把？ 喜欢仰望星空的人类，早就在天文学上取得了惊人的进步，目前哈勃望远镜可以观测到１００亿光年远的星星。但不要忘了，至少在２０世纪以前，天文学的理论基础――牛顿万有引力定律，以及观测手段，本质上也是静态的。一旦牵涉到相对论，宇宙起源和变化的问题，人类就抓毛了――它又是一个复杂系统。因此大家看到，宇宙大爆炸假说，宇宙１１维甚至２６维假说，反物质暗物质暗能量假说，等等神乎其神令人头大的理论就出来了。最近有人提问，既然宇宙是大爆炸产生的，那么那个爆炸原点是如何形成的？于是有人说，原点产生于“无”。总之，老子早就告诉我们，“万物生于有，有生于无”，现在用上了，哈哈！ 这是科学吗？不，这是玄学，都是霍金――那个坐在轮椅上的家伙搞出来的。“玄而又玄，众妙之门，”老子提醒道。 爱因斯坦说得好，科学遵循简单的原则，越是好的理论越直观，越容易理解。这也是区别科学与玄学的标志，衡量某一学科的基本理论是否成熟的标杆。 地壳运动是一个复杂的系统，因此地震预测就很难，因此狗狗的叫声，鱼的跳越，天边的云彩，都会被当成地震来袭的信号，这也是玄学，科学无能为力。 人体是一个复杂的系统，治疗各种疑难病症，严格的西医力不从心，于是中医大夫根据阴阳五行，云里雾里推理一番，往往药到病除。中医是科学还是玄学？至少在西方科学的标准看来，它不是科学。 还有一类复杂系统与人类社会有关，如经济规律，股票和证券市场，社会人类学等等。 于是有人说，咱用《易经》研究地球变暖和温室效应吧？你行，我可不敢，哈哈！ (5) 结言 －对人类知识和科技的反思。 话又说回来，尽管温室效应对地球变暖的影响无法确定，咱们还是推行节能减排的好。说到这里，有人会生气了，“你自己吐了的再吃进去，恶心不恶心哪？！”我要说，地球气候变动是个不可逆过程，为防到时候买不到后悔药，对温室效应的危害，咱还是宁信其有，不信其无。 再说，尽管某些西方国家及其企业集团，热炒排放量削减，具有某种政治目的和利益驱动，节能减排带来的连锁社会效益还是对中国有利的。环境改善，技术改造，产业升级，替代能源，这些都是攸关国计民生的大问题。 从康德鼓吹的无限主体能动性，诱发了人类征服自然的狂望，到２０世纪后半叶，人类意识到善待自然的重要性，我们人类的哲学智慧又取得了里程碑似的进步。这一进步，处处闪耀着古老的东方哲学的光辉。 讽刺的是，正是作为东方哲学继承人的中国人，曾几何时，只有了“人定胜天”的虚骄，却把老祖宗对天道自然的敬畏感忘到脑后。 今天，环境的恶化使中国人得到了血的教训。东方哲学告诉人们，自大是人类的通病，中外皆然。
图７ 据说是地球变暖的最可靠证据 ――――――――――― 注１： 如果你是个杂技演员，拿着半瓶可乐，玩各种惊险动作，而能保持液面不动，你会发现瓶子里的气没有变化。而如果你失手抖动了一下，使液面破碎，空气和可乐掺到一起，接触面积几十倍地增加，可乐里的CO2就会大量蒸发，瓶内气压一下子就上来了。倒啤酒起沫也是这个原因。海浪吸收CO2也是这个原理，只不过过程相反，因为海水里的CO2浓度低。 |
