书城童书我的第一本环境科学探索发现
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第11章 科学家的故事(11)

1917年洛伦兹出生在美国西康涅狄格州哈特福德。他在很小的时候就喜欢大自然,对天气的变化尤其感兴趣。1938年,洛伦兹在达特茅斯学院获得数学学士学位,1940年获得哈佛大学数学硕士学位。第二次世界大战期间,洛伦兹应征入伍,作为气象预报员在美国陆军航空兵团服役。1943年,洛伦兹获麻省理工学院理科硕士学位。5年后,他进入该学院任教,开始从事气象学研究。

1961年冬季的一天,洛伦兹在一台计算机上用一个包含12个微分方程的简单模式进行气候模拟。在完成了一次计算后,他想用同样的模式重复。为了节省时间,他没有从头到尾重复这次计算,而是从程序的中段开始。于是他把上一次计算到这个位置输出的数据,作为这次计算的初始条件。然后,他出去喝了杯咖啡。回来的时候,他被出乎意料的计算结果惊呆了:第二次的预报结果与上一次大不一样。开始他认为是计算机的故障,排除了这种可能后,他发现,他输入的不是完整的数据。他当时用的计算机,储存数据的容量是小数点后6位数字,但是在打印输出数据时,为了节省纸张,只输出小数点后3位数字。而洛伦兹在给第二次计算输入初始条件的时候,只输入了小数点后的3位,与精确的数据有不到01%的误差。就是这个原本应该忽略不计的误差,使最终的结果大相径庭。这让洛伦兹意识到,完美的长期天气预报是不可能的。因为长时期大范围天气预报是对于地球大气这个复杂系统进行观测计算与分析判断,它受到地球大气温度、湿度、压强诸多随时随地变化的因素的影响与制约,其综合效果的预测是难以精确无误的,而任何微小的误差,将导致完全不一样的气候现象。

1963年,洛伦兹在美国《气象学报》上发表论文,提出了在确定性系统中的非周期现象。第二年,他发表了另外一篇论文,指出对于模式中参数的微小改变将导致完全不一样的结果,使有规律的、周期性的行为,变成完全混乱的状态。不过,他的发现在当时没有引起任何注意,直到10年后他提出“蝴蝶效应”这个通俗却惊人的想法,才让人们了解到这一现象的重要性。

1972年12月29日,洛伦兹在美国科学发展学会第139次会议上发表了题为《可预测性:巴西一只蝴蝶扇动翅膀,能否在得克萨斯州掀起一场龙卷风》的演讲。他认为,一个微小的初始条件变化,可能导致一连串逐渐放大的改变,最终导致完全不同的结果——这个看似荒谬的论断,打碎了所有人关于“因果决定论可预测度”所存的幻想,最终产生了当今世界最伟大的理论之一——“混沌理论”。

“蝴蝶效应”这种最初只在气象预报中出现的现象,后来被发现存在于众多的自然和社会系统中,诸如人口的涨落、精神病的发病、心率的节奏、雪花的形状、股市的波动、汇率的变化等,都存在混沌现象。

1987年,《纽约时报》科技部主任詹姆斯在采访了200多名科学家后,撰写了一本后来享誉世界的畅销书《混沌:开创新科学》。第一章的标题就是“蝴蝶效应”,介绍了洛伦兹第一次发现混沌现象的过程。这本书后来被翻译成19种文字,在20世纪90年代初给中国读者带来了“混沌”的概念。

作为“蝴蝶效应”的发现者及“混沌理论之父”,洛伦兹在1983年获得瑞典皇家科学院颁发的克拉福德奖,这一奖项主要授予研究领域不在诺贝尔奖授奖范围内、而确有突出成就的科学家。今天,伴随计算机等技术的飞速进步,混沌学已发展成为一门影响深远、发展迅速的前沿科学。

智慧人生

“蝴蝶效应”存在于我们的生活中。明白了“蝴蝶效应”,便会用健康的心态面对每一件小事。因为,一次大胆的尝试,一个习惯的动作,一种积极的态度,都可能能带来意想不到的喜悦和收获。

“中国环保第一人”曲格平

在20世纪70年代初,查遍中国所有的汉语词典,也找不到“环保”这个词。40多年后的今天,这个新词已经成为几乎所有中国人都耳熟能详的、使用频率极高的一个词。在中国历史上,把“环境”和“保护”这两个看起来风马牛不相及的词组合在一起的,是被称为“中国环保第一人”的曲格平。

1930年6月曲格平生于山东肥城,毕业于山东大学,先后担任保定胶片厂副厂长,化学工业部处长,国务院计划起草小组处长。1971年3月,北京发生了官厅水库污染事件。市民们由于吃了该水库出产的鱼,出现恶心、呕吐现象。这一事件引起了周恩来总理的重视,调查结果发现是水库的水被污染了。在周总理的指示下,为治理官厅水库成立了领导小组,曲格平是成员之一。一段时间之后,水库污染被有效地控制了。这可以说是新中国历史上的第一项污染治理工程。

1972年,曲格平作为中国政府代表团成员,出席了在瑞典斯德哥尔摩召开的第一次人类环境会议。在对会议情况进行总结时,与会代表们惊异地发现:当时中国所理解的环境问题和世界所谈论的环境问题并不一样——中国认为环境问题只是局部的工业三废——废水、废气、废渣污染,而世界谈论的更多的是经济社会发展与环境、生物圈、水圈、大气圈、森林生态系统等“大环境”。曲格平的心绪久久不能平静。世界环保会议开启他心灵的这扇窗,从此他开始了一个全新而神圣的事业——开创和探索一条有中国特色的环境保护之路。

当时的中国,人们只知道“环境卫生”和“环卫工人”,却并不知道还有环境保护这一概念。对环境问题进行预防好治理,到底应该怎么称呼,专家的意见很不一致。最后,曲格平在充分听取专家意见的基础上,建议照英文直译过来,叫“环境保护”。

1976年,曲格平来到了内罗毕,成为中华人民共和国驻联合国环境规划署的首任代表。在那里,他如饥似渴地查阅发达国家保护环境的资料,思考着中国的环保之路究竟如何走。工业发达国家基本上都是走“先污染、再治理”的道路,比如曾经烟雾弥漫的雾都伦敦,20世纪70年代后再没有发生过烟雾事件;泰晤士河一度被称为“臭水沟”,莱茵河曾被称为“欧洲下水道”,但后来它们都相继变清;就连有“公害列岛”之称的日本,许多河流和城市的环境状况也都有明显改善。曲格平注意到,这些成就的取得,是以巨额资金和人民健康为代价的。在人口众多、人均自然资源贫乏和经济基础薄弱的中国,这条“先污染、后治理”的道路能行得通吗?经过认真研究和反复思考,曲格平得出结论:中国不能冒这个险,中国应该有一条有中国特色的环境保护之路。他指出:只有发展经济,才能创造出包括适宜的环境在内的高度物质文明和精神文明,强调在发展的同时保护环境,避免走西方国家“先污染,后治理”的弯路。

在担任中国常驻联合国环境规划署首席代表之后,曲格平又历任国务院环境保护领导小组办公室副主任、城乡建设环境保护部环境保护局局长、国家环境保护局局长。在改革开放初期,曲格平大胆地提出引进国外先进的管理经验,结合国情制定了8项环境管理制度和措施,并在全国普遍实施,从而使中国在经济倍增的20世纪80年代,避免了环境状况的进一步恶化,为建立和完善具有中国特色的环境保护道路做出了突出的贡献。

早在担任国家环境保护局局长的时候,曲格平就有这样的想法:通过新闻媒介,用舆论工具向破坏环境、破坏生态、浪费资源的行为宣战,让环境意识深入到各级领导和全体人民的心中。1993年,曲格平调任全国人大环境与资源委员会主任,他开始着手实施这一酝酿已久的想法,这就是后来在全国各地轰轰烈烈开展实施的“中华环保世纪行”。

曲格平在理论和实践上的贡献,得到国内社会各界的积极评价,同时也受到国际社会的广泛赞誉。为表彰他在制定、指导和执行具有中国特色的环境管理政策方面的献身精神和优异成就,1987年联合国环境规划署授予曲格平“联合国环境规划署金质奖章”。1992年6月,曲格平荣获联合国环境大奖,这是目前世界上在环境领域里的最高荣誉。

智慧人生

曲格平先生不仅是我国环境保护开创者之一,也是我国高等学校环境事业的奠基人。在他的热情关心和指导下,1977年,清华大学创建了我国第一个环境工程专业。目前,北京大学、山东大学、中国环境管理干部学院都设立了“曲格平奖学金”,以鼓励高校积极开展环境保护等相关研究,鼓励莘莘学子为我国的环保事业努力奋斗。