物理学家警告称地球可能陷入混乱

物理学家计算得出，人类活动对地球系统的影响可能导致无法挽回的不可预测的混乱。

由葡萄牙波尔图大学的亚历克斯·伯纳迪尼领导的一个物理学家团队，利用一个构想用来模拟超导的理论，在今年的一篇预印论文中表明，在某一点之后，我们将无法恢复地球气候的平衡。

研究表明，有限的人类活动可能导致一个无法挽回的温室地球。他们在2022年4月发表在预印本服务器arXiv上的一篇论文中详细介绍了他们的工作，该论文尚未经过同行评审。

物理学家奥尔菲奥·贝托拉米去年告诉《生命科学》：“气候变化的影响是众所周知的(干旱、热浪、极端现象等)。”

“如果地球系统进入混沌行为的区域，我们将失去以某种方式解决问题的希望。”

几年来，极端天气事件似乎发生得越来越频繁。野火肆虐，风暴肆虐，气温屡创新高。气候科学家警告说，这是人类活动的结果，例如燃烧化石燃料、砍伐森林和增加农业活动。

这导致了一个新的地质时代的提出：人类世，这是一个人类活动对整个地球系统(包括岩石圈、生物圈、水圈和大气层)产生了重大而明显影响的时期。

人类世将紧随大约11700年前开始的全新世，科学家们提出它始于20世纪中叶——核时代的顶峰。伯纳迪尼和他的同事决定将从全新世到人类世的过渡建模为相变，并据此计算其未来的轨迹。

相变非常常见。这个术语指的是材料如何从一种状态转变为另一种状态。固体熔化成液体，液体沸腾成气体。金属从正常状态转变为超导状态。这些都存在一个临界点，在此临界点上，平衡状态会发生深刻的转变，进入另一种状态。

地球系统不是一种材料，但研究表明，相变建模可以成功地预测气候变化。伯纳迪尼和他的同事们使用了金茨堡-朗道理论(该理论是为模拟超导而开发的)并将其应用于人类世，基于温度，从全新世平衡点开始。

现在，人类的影响是有限的。我们的世界有有限的宜居空间、有限的资源，以及我们能够利用它们的有限速度。考虑到这种最大容量，研究人员决定使用逻辑斯蒂克图(logistic map)来绘制人类世相变的可能结果，逻辑斯蒂克图是一种工具，可以探索复杂的結果甚至混沌如何从一个简单的点演变而来。

他们的研究结果表明，我们不一定会在走向确定的气候末日。我们可能会遵循一个相当规则和可预测的轨迹，其终点是气候在比现在更高的平均温度点稳定下来。考虑到我们已经看到的对人类和其他动物的致命影响，这仍然不是很好。

但在更极端的情况下，地球会陷入混乱。这意味着地球的系统会演变成混乱的行为——极端的季节性波动和天气事件——这妨碍了对系统未来行为的预测，从而使其无法缓解。这意味着要回到稳定的气候将极其困难，如果不是不可能的话。

研究人员写道：“我们将人类活动划分为多个组成部分，研究了一个只有两个组成部分遵循逻辑斯蒂克图并相互作用的情况。”

“即使是对于这个简单的例子，我们也观察到地球系统平衡点出现了混沌行为。如果人类活动中的至少一些组成部分确实遵循逻辑斯蒂克图，这将导致潜在的重要后果，这是一个相当合理的假设，因为我们所处的行星范围系统的物理局限性。”

这种结果并非不可避免，这多少让人松了一口气。但是，研究人员表示，我们需要将其视为设计减缓气候变化和管理未来地球系统的战略的一个真实可能性。

该团队的论文发表在预印本服务器arXiv上。

本文译自 ScienceAlert，由 BALI 编辑发布。