Weekncy 2012-7-26 00:43
日本科學家：現代水晶球預知人類未來
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日本橫濱市的“地球模擬器”有“現代水晶球”之稱
所謂模擬研究，通俗地說就是用一定的方程式控制各種參數來研究氣候等問題。很多國家的研究機構都在從事類似的研究，但都只限於局部而不是全球。而地球模擬器依托其強大的計算能力率先實現了把地球分為邊長約10公裡的立方體格子，從而使它可以進行全球範圍的大氣和海洋系統模擬運算，成功建立了一個“虛擬地球”。從理論上說，地球模擬器只需運算3個小時，就可以預測5日內的全球天氣。
“科學界正在發生變革。科學家不再僅僅依賴實際實驗，而是通過操控大型數據庫來完成科學發現。 ”日本“地球模擬器中心”首席科學家佐藤哲也日前接受晨報記者采訪時說，隨著“地球模擬器”等超級計算機的出現，科學界將可借助模擬研究的方法更系統地了解全球變暖。他預測，當模擬技術發展、成熟到一定程度，人們甚至可以向超級計算機輸入各種參數以“設計或定制未來”。
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地球模擬器”超級計算機
69歲的佐藤哲也將於明天抵達上海，並應邀出席本周三由晨報主辦的“東灘論壇”，發表題為《災害模擬器——模擬文化的世紀》的主題演講。
西方科學體系暴露缺陷
“坦誠地說，我無法量化地指出2050年溫度將上升多少，3℃或者5℃？海平面上升10釐米或者50釐米？”佐藤告訴記者，但無論作為一位地球公民還是一位專業領域的研究者，他都確信，到2050年時，變暖不可逆轉，“人類必須和全球變暖賽跑。”“大自然可能會選擇這一災難性的命運，溫度也可能會上升到可接受的程度，然後逐步穩定下來。其結果可能是積極的，但也很有可能是災難性的。”
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全球變暖
要研究全球變暖，必須建立在科學可靠的預測的基礎上。然而佐藤認為，對於全球變暖的影響，當前的科學理論還不夠成熟，不僅因為科學家仍無法掌握全球生態系統對氣候變化的動態反饋機理，也因為目前以西方科學為基礎的研究方法存在局限。
在去年IPCC發布的報告中，百年後地球升溫的範圍是從1.1℃到6.4℃，這5.3℃的差距表明了學術界對此仍懷有相當大的不確定性，而這差距正來源於不同研究模式的不同精確程度。“即使平均氣溫只上升1℃，植物的生長狀況也將會被強烈改變，氣候和生態之間的非線性相互作用將會更加強烈，這將使得科學家更難以精准地處理它們之間的關系。”
佐藤認為，一直以來，科學界的研究思維完全受到了基於笛卡爾還原論的西方科學的影響。這種思維只關注生活中直接、短期的利益，但是忘記了長期的利益。“只要人類消耗的總能源沒有超過每平方米1.4千瓦的太陽能，那麼西方的科學理論將始終適用。”但是，一旦人們消耗過度乃至透支了未來的能源儲備，那麼西方科學理論的教條將不再適用，甚至造成危害。“西方科學體系的缺陷現在已經暴露出來。當地球上充斥著人類消耗石油制造出來的材料時，我們必須應用一種全新的理論，它必須是建立在整合而不是區分的基礎上。”
模擬器揭示整個地球演化
地球模擬器的出現，是科學上一個全新的概念，“這是東西方科學聯合真正的開始。”佐藤說，誕生於2002年的地球模擬器使得一次性為整個系統做模擬成為可能，這個奇妙的科學工具可以用來揭示整個地球的演化，而不只是割裂地進行研究。
佐藤認為，模擬科學以整體的概念為基礎,可以說是科學革命的開始。它充分利用西方科學已發現的基礎科學理論，但又加以揚棄，以此為基礎來整合系統的、全局的和未來的演化。“在古代中國、日本的道教、佛教中，考慮整體是人們的習慣。”
不過，“雖然模擬研究這一革命性科學已經誕生，它還只是一個嬰兒，無法承擔解決全球變暖的重擔。”要讓這門新興科學面對現有西方科學體系的有力挑戰而不落敗，關鍵是要讓模擬技術傳播到更廣闊的範圍。佐藤說，不光是學術界，要讓工商業界和普通大眾也能了解模擬技術實實在在的用途，比如對各種自然災害的成功預測，對可持續低成本工業材料的設計和發展等。
據透露，一些在地球模擬器中心工作的年輕科學家目前正投身於創新的模擬運算法則，比如綜合模擬算法，以及宏觀微觀互鎖算法（MMI），佐藤認為，這些新的計算方法將促使“模擬文化”的科學精神得以實現。
“我相信人類的智力能在這場與全球變暖的時間賽跑中獲勝，科學界也將找到拋棄區分主義、教條、保持與大自然和諧關系的方法。”
定制未來並非空想
“地球模擬器”最初誕生時，曾於2002年在全球最權威的高性能計算機500強評比（TOP500）中榮登桂冠，並將此紀錄保留了約兩年，此後被美國IBM的“藍色基因”、“走鵑”等超越。而在今年11月17日最新公布的TOP500排行榜中，中國的“曙光5000A”躋身10強，曙光5000A的第一套超大型系統將於2009年初正式落戶上海超級計算中心，並被命名為“魔方（Magiccube）。”
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中國的“曙光5000A”
超級計算機的能力，確實像“魔方”一樣神奇。在對自然災害的模擬方面，它的能力超凡卓著。例如地球模擬器就曾首次成功再現了2002年11月震級為7.9級的阿拉斯加大地震。
地震波在傳播過程中，會受到地球形狀、地表和海底地形的影響，也會受到地幔及地核等地球內部結構的影響。迄今為止，傳統地震研究尚難以把這些因素考慮進去。但“地球模擬器”在把地球內部分割成54億個方格、並制作出涉及各種地震波影響因素的地球模型後，成功再現了阿拉斯加地震發生時地震波向世界各地傳播的狀況。它還把地震波的記錄周期精細到每5秒一次，這一進步，使包含震源地區復雜地形和地球內部構造等多種因素在內的全球規模的地震波模擬成為可能。“向超級計算機輸入不同的參數，將得到截然不同的結果”，反過來說，想要得到某個結果，可以推斷出當下必需達到什麼樣的條件。從這個意義上說，佐藤認為，人們要為地球“定制一個美好的未來”，並非空想。