日本科学家:“现代水晶球”预知人类未来

2008年11月24日09:39  来源:新闻晨报

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□日本横滨市的“地球模拟器”有“现代水晶球”之称
□日本横滨市的“地球模拟器”有“现代水晶球”之称
  其人:佐藤哲也

  曾先后担任过东京大学地球物理研究所副教授、广岛大学核聚变研究所教授、日本核聚变科学研究所副理事长等职。

  2002年起任日本海洋科技中心“地球模拟器”中心主任及首席科学家。

  其器:地球模拟器

  所谓模拟研究,通俗地说就是用一定的方程式控制各种参数来研究气候等问题。很多国家的研究机构都在从事类似的研究,但都只限于局部而不是全球。而地球模拟器依托其强大的计算能力率先实现了把地球分为边长约10公里的立方体格子,从而使它可以进全球范围的大气和海洋系统模拟运算,成功建立了一个“虚拟地球”。从理论上说,地球模拟器只需运算3个小时,就可以预测5日内的全球天气。

  “科学界正在发生变革。科学家不再仅仅依赖实际实验,而是通过操控大型数据库来完成科学发现。 ”日本“地球模拟器中心”首席科学家佐藤哲也日前接受晨报记者采访时说,随着“地球模拟器”等超级计算机的出现,科学界将可借助模拟研究的方法更系统地了解全球变暖。他预测,当模拟技术发展、成熟到一定程度,人们甚至可以向超级计算机输入各种参数以“设计或定制未来”。

  69岁的佐藤哲也将于明天抵达上海,并应邀出席本周三由晨报主办的“东滩论坛”,发表题为《灾害模拟器——模拟文化的世纪》的主题演讲。

  西方科学体系暴露缺陷

  “坦诚地说,我无法量化地指出2050年温度将上升多少,3℃或者5℃?海平面上升10厘米或者50厘米?”佐藤告诉记者,但无论作为一位地球公民还是一位专业领域的研究者,他都确信,到2050年时,变暖不可逆转,“人类必须和全球变暖赛跑。”“大自然可能会选择这一灾难性的命运,温度也可能会上升到可接受的程度,然后逐步稳定下来。其结果可能是积极的,但也很有可能是灾难性的。”

  要研究全球变暖,必须建立在科学可靠的预测的基础上。然而佐藤认为,对于全球变暖的影响,当前的科学理论还不够成熟,不仅因为科学家仍无法掌握全球生态系统对气候变化的动态反馈机理,也因为目前以西方科学为基础的研究方法存在局限。

  在去年IPCC发布的报告中,百年后地球升温的范围是从1.1℃到6.4℃,这5.3℃的差距表明了学术界对此仍怀有相当大的不确定性,而这差距正来源于不同研究模式的不同精确程度。“即使平均气温只上升1℃,植物的生长状况也将会被强烈改变,气候和生态之间的非线性相互作用将会更加强烈,这将使得科学家更难以精准地处理它们之间的关系。”

  佐藤认为,一直以来,科学界的研究思维完全受到了基于笛卡尔还原论的西方科学的影响。这种思维只关注生活中直接、短期的利益,但是忘记了长期的利益。“只要人类消耗的总能源没有超过每平方米1.4千瓦的太阳能,那么西方的科学理论将始终适用。”但是,一旦人们消耗过度乃至透支了未来的能源储备,那么西方科学理论的教条将不再适用,甚至造成危害。“西方科学体系的缺陷现在已经暴露出来。当地球上充斥着人类消耗石油制造出来的材料时,我们必须应用一种全新的理论,它必须是建立在整合而不是区分的基础上。”

  模拟器揭示整个地球演化

  地球模拟器的出现,是科学上一个全新的概念,“这是东西方科学联合真正的开始。”佐藤说,诞生于2002年的地球模拟器使得一次性为整个系统做模拟成为可能,这个奇妙的科学工具可以用来揭示整个地球的演化,而不只是割裂地进行研究。

  佐藤认为,模拟科学以整体的概念为基础,可以说是科学革命的开始。它充分利用西方科学已发现的基础科学理论,但又加以扬弃,以此为基础来整合系统的、全局的和未来的演化。“在古代中国、日本的道教、佛教中,考虑整体是人们的习惯。”

  不过,“虽然模拟研究这一革命性科学已经诞生,它还只是一个婴儿,无法承担解决全球变暖的重担。”要让这门新兴科学面对现有西方科学体系的有力挑战而不落败,关键是要让模拟技术传播到更广阔的范围。佐藤说,不光是学术界,要让工商业界和普通大众也能了解模拟技术实实在在的用途,比如对各种自然灾害的成功预测,对可持续低成本工业材料的设计和发展等。

  据透露,一些在地球模拟器中心工作的年轻科学家目前正投身于创新的模拟运算法则,比如综合模拟算法,以及宏观微观互锁算法(MMI),佐藤认为,这些新的计算方法将促使“模拟文化”的科学精神得以实现。

  “我相信人类的智力能在这场与全球变暖的时间赛跑中获胜,科学界也将找到抛弃区分主义、教条、保持与大自然和谐关系的方法。”

  定制未来并非空想

  “地球模拟器”最初诞生时,曾于2002年在全球最权威的高性能计算机500强评比(TOP500)中荣登桂冠,并将此纪录保留了约两年,此后被美国IBM的“蓝色基因”、“走鹃”等超越。而在今年11月17日最新公布的TOP500排行榜中,中国的“曙光5000A”跻身10强,曙光5000A的第一套超大型系统将于2009年初正式落户上海超级计算中心,并被命名为“魔方(Magiccube)。”

  超级计算机的能力,确实像“魔方”一样神奇。在对自然灾害的模拟方面,它的能力超凡卓著。例如地球模拟器就曾首次成功再现了2002年11月震级为7.9级的阿拉斯加大地震。

  地震波在传播过程中,会受到地球形状、地表和海底地形的影响,也会受到地幔及地核等地球内部结构的影响。迄今为止,传统地震研究尚难以把这些因素考虑进去。但“地球模拟器”在把地球内部分割成54亿个方格、并制作出涉及各种地震波影响因素的地球模型后,成功再现了阿拉斯加地震发生时地震波向世界各地传播的状况。它还把地震波的记录周期精细到每5秒一次,这一进步,使包含震源地区复杂地形和地球内部构造等多种因素在内的全球规模的地震波模拟成为可能。“向超级计算机输入不同的参数,将得到截然不同的结果”,反过来说,想要得到某个结果,可以推断出当下必需达到什么样的条件。从这个意义上说,佐藤认为,人们要为地球“定制一个美好的未来”,并非空想。(李艳秋)

(责编:李保金(实习))
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