周少祥的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/周少祥

博文

“0”论与科学创新

已有 1385 次阅读 2022-10-20 16:57 |个人分类:认识论|系统分类:观点评述

0”论与科学创新


0→1的创新,时不时被人提及。但个人认为都没有谈到点上。

x0=1,用老子的话来解释就是“道生一”。0”即为老子所言的“道”。

通俗地讲,如果能站上一个未知事物x的“肩”上,它即成为一个明白的事物。

x0=x1·x-1=1,亦即,如果能把未知事物x的正反面两面搞清楚,这一事物必然称为已知事物。x-1又称反物质,如果确能找到,那会是一个了不起的成就。迄今为止,所发现的反物质还十分有限。

根据前面的博文“‘0’是人类认识世界的基础和方法”https://blog.sciencenet.cn/blog-38693-20219.html,0和∞都是无法达到的状态,却可以设置,这是科学研究的基本方法。

事实上,在纷繁复杂的、未知的无穷世界,如果能从中划出一个圈来,意味着找到了一个新的研究对象,其边界与周围环境的关系即可用0进行描述,这又是一个设0的过程。基于热力学,意味着可以建立物质平衡、能量平衡、动量平衡方程等;基于经济学,意味着可以建立物流平衡、贸易平衡、财务平衡关系等;而从国家、民族及社会视角,重要的是构建合乎可持续发展的政治秩序。

对于一个新的研究对象,所进行的研究可能促使新概念的诞生,这往往对应着一个重要的创新。但遗憾的是,科学发展史表明,这等好事是可遇而不可求的,一个科学工作者所能做的只能是保持时刻的准备,不断地夯实自己的基础。必须强调的是,不能为了创新而创新,将起一个新名词作为创新,结果只能是徒增笑耳。

应该承认,工业革命以来,科学技术整体有了长足发展。但是,任何科学理论的起点及研究过程中,都人为地设置了一个或多个0点,很大程度上存在近似处理甚至错误的情况,这决定了现有的科学理论只是研究对象及其变化规律的近似描述,意味着存在继续发展与提高的前景。科学创新的根本点多藏于此,而从这一视角的分析,可以很容易发现错误或可以改进的地方。

为说明本文的观点,这里以2021年诺贝尔物理学奖获得者真锅淑郎(Syukuro Manabe)的获奖论文为例,基于“0”论的思想,进行简要剖析。

在该文中,真锅淑郎建立了大气热平衡模型(Manabe and Wetherald, 1967),以数值方式证明CO2浓度增大导致全球气候变暖,但其理论依据却存在明显的不足(我前面的博文有多次论及)。为建立大气热平衡模型,真锅淑郎做了地表热容量为0的假设。根据“0”论,热容量作为一个基本物理量,是不可能为0的。因为根据热力学基本原理,如果一个物体的热容量为0,则任何的热量输入与输出都会导致其温度变化不受控制。而众所周知的事实是,地表在太阳辐射作用下温度发生有规律的变化,因此真锅淑郎的论文结论必然存在严重的问题。在通常的热力学分析,地表热容量都设为无穷大!

其实,在真锅淑郎的论文中,“地表热容量为0”的假设在其计算分析中并未有直接作用。可以说,与其说真锅淑郎将地表热容量设成了0,不如说他将热容量默认成了∞。因为只有这样,所计算的地表温度才可能是稳定的。

为进一步地说明问题,我们来分析一下其核心的热平衡方程,该式用于计算地表辐射平衡温度T*Re

(SR)*τ+(DLR)*τ=σ(T*Re)4                (a)

式中,(SR)*τ为净太阳辐射;(DLR)*τ为向下长波辐射;σ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数,τ为某时刻。

我们知道,(1).地球表面的70%是海洋,陆地面积仅占30%,式a以陆地表面温度代表地表温度不符合实际;(2).海水表面与大气之间存在着太阳辐射能作用下的海水蒸发,式a没有包括此项,即真锅淑郎直接将水汽影响排除在气候变化因素之外,也就是将水汽的影响设为了0。这一处理方法是否能够有一定的合理性呢?我们不妨拿数据来说话,相信读者会有自己的判断。

根据联合国政府间应对气候变化专门委员会(IPCC)的第三次报告(TAR):“降水量构成大气中潜热释放的测量,长期平均984mm/yr的全球降水量意指垂直方向的平均加热量78W/m2。”已知地球半径(6370km)、水的密度(1000kg/m3)0℃水蒸汽的潜热(2500kJ/kg)984mm/yr降水量所释放的潜热量为

0.984×(4×3.14×63700002)×1000×2500=1.254×1021kJ

如果将这股热量平均分布在地球表面,按一年8760小时平均下来即为78W/m2。而根据《2020 BP世界能源统计年鉴》,2019年全球化石燃料消耗量折合热值4.9234×1017kJ。前者是后者的2500余倍,前者可以使大气整体升温237℃,后者却只能使之升温0.093℃。显然,与自然力相比,人为活动的影响甚至可以忽略不计。

对于地球,海水热容量是大气热容量的1000余倍,海洋占70%的地表面积,于是地球有“厄尔尼诺”和“拉尼娜”两大气候类型,分别与太平洋赤道海水温度高低对应,这些已是气象学的基本常识。

至此我们不难看出,与其说真锅淑郎将地表热容量设成了0,不如说是设成了∞,只不过他自己并没有认识清楚而已,因为只有如此才能使地表温度在某一个温度上处于平衡态。而不考虑水汽的影响,也相当于把水汽影响设成了0,这当然是错误的,因此式a根本不足以反映地球表面的辐射热平衡。

另外,真锅淑郎假设大气相对湿度用下式表示:

                (b)

式中,h0p0分别为地表相对湿度和大气压力,h0=0.77p为某高程的气压。

即真锅淑郎假设大气相对湿度呈沿高程递减。但是根据热力学,相对湿度仅取决于“当地湿空气”的水蒸汽分压力及温度对应的饱和压力,与当地大气压力p无关,因此,这一假设缺乏科学性。给定沿高程递减的相对湿度分布,不符合热力学定义的相对湿度概念在大气中的应用,存在基础性认知错误。越往高程相对湿度越低,大气越干燥,全球的天空都不可能出现云。但事实是,虽然天空没有云的时候并不鲜见,并可占到全球地表面积的40%-60%。珠峰等冰川更是终年积雪,因此,这一假设完全不符合实际。

  这里要说的是,真锅淑郎的文章获得诺贝尔物理学奖,说明在气候变化问题上,现象与本质之间还是两张皮。



https://m.sciencenet.cn/blog-38693-1360208.html

上一篇:从热力学分析的基础看诺奖得主真锅淑郎论文关于“地表热容量为0”的假设

11 张学文 王涛 尤明庆 郑永军 杨学祥 刘钢 宁利中 孙颉 杨正瓴 赫英 刘炜

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (6 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2023-2-4 23:24

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部