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理論物理学による温室効果に対する反証

分光学・光化学の分野でCO2温暖化説に疑問を呈する人は少なくないようだが、理論物理学の分野からも反証があがっている。前回紹介した文献は理論物理学的な視点からの温室効果に対する反証である。今回はAbstractと第五章のPhysicist's Summaryについて紹介する。機械翻訳を用いたので意味の通らないところもあると思うが、とりあえずということで参考にされたい。


Falsification Of The Atmospheric CO2 Greenhouse Effects Within The Frame Of Physics, Gerhard Gerlich and Ralf D. Tscheuschner, arXiv:0707.1161v3 [physics.ao-ph](2007)



Abstract
The atmospheric greenhouse effect, an idea that authors trace back to the traditional works of Fourier 1824, Tyndall 1861, and Arrhenius 1896, and which is still supported in global climatology, essentially describes a fictitious mechanism, in which a planetary atmosphere acts as a heat pump driven by an environment that is radiatively interacting with but radiatively equilibrated to the atmospheric system. According to the second law of thermodynamics such a planetary machine can never exist.


大気の温室効果(この考えは、著書によると、フーリエ(1824)、ティンダル(1861)、アレニウス(1896)の伝統的な仕事にまで遡り、そして、地球気候学ではいまだに支持されている)は、本質的に架空のメカニズムを説明します。
そこでは、惑星大気は放射的に相互作用しているだけでなく、大気システムと放射平衡にある環境によって駆動するヒートポンプとして働くとされる。 熱力学の第2法則によると、そのような惑星のマシーンは決して存在することができません。


Nevertheless, in almost all texts of global climatology and in a widespread secondary literature it is taken for granted that such mechanism is real and stands on a firm scientific foundation. In this paper the popular conjecture is analyzed and the underlying physical principles are clarified.


それでも、地球気候学のほとんどすべてのテキストと広範囲にわたる二次的な文献において、そのようなメカニズムが本物で、安定した科学的な基礎に立っていることは、当然のことと思われています。本論文では、一般的に知られた推測が分析され、そして、根底にある物理学的な原理が明らかにされます。


By showing that (a) there are no common physical laws between the warming phenomenon in glass houses and the fictitious atmospheric greenhouse effects, (b) there are no calculations to determine an average surface temperature of a planet, (c) the frequently mentioned difference of 33℃ is a meaningless number calculated wrongly, (d) the formulas of cavity radiation are used inappropriately, (e) the assumption of a radiative balance is unphysical, (f) thermal conductivity and friction must not be set to zero, the atmospheric greenhouse conjecture is falsified.


(a) 温室の温暖化現象と架空の大気の温室効果の間に共通の物理法則はない、
(b) 惑星の平均表面温度を決定するための計算はない、
(c) 頻繁に言及される摂氏33度の違いは、誤って計算された無意味な数である、
(d) 空洞放射の式は不適切に使用されている、
(e) 放射収支の仮定は非物理学的である、
(f) 熱伝導率と摩擦をゼロに設定してはならない、
(a)~(f)を示すことにより、大気の温室の推測は反証されます。




5 Physicist's Summary


A thorough discussion of the planetary heat transfer problem in the framework of theoretical physics and engineering thermodynamics leads to the following results:


理論物理学と工業熱力学の枠組みにおいて、惑星伝熱問題に関する完全な議論は以下の結果を導きます:


1. There are no common physical laws between the warming phenomenon in glass houses and the fictitious atmospheric greenhouse effect, which explains the relevant physical phenomena. The terms "greenhouse effect" and "greenhouse gases" are deliberate misnomers.


1. 温室の温暖化現象と、関連する物理現象を説明する架空の大気の温室効果の間に、共通の物理法則はありません。 用語「温室効果」と「温室効果ガス」は、故意の誤称です。


2. There are no calculations to determinate an average surface temperature of a planet
with or without an atmosphere,
with or without rotation,
with or without infrared light absorbing gases.
The frequently mentioned difference of 33 ℃ for the fictitious greenhouse effect of the atmosphere is therefore a meaningless number.


惑星の平均表面温度を決定する計算法はありません、
大気の有無にかかわらず、
回転の有無にかかわらず、
赤外光を吸収するガスの有無にかかわらず。
しばし言及される大気の架空の温室効果に対する33℃の違いは、したがって、意味のない数です。


3. Any radiation balance for the average radiant flux is completely irrelevant for the determination of the ground level air temperatures and thus for the average value as well.


3.平均放射フラックスのためのいかなる放射収支も、地表面気温の決定(このような平均値の決定と同様に)に対して、完全に無関係です。


4. Average temperature values cannot be identified with the fourth root of average values of the absolute temperature's fourth power.


4.平均温度の値は、絶対温度の4乗の平均値の「四乗根」と同一視することができません。


5. Radiation and heat flows do not determine the temperature distributions and their average values.


5. 放射と熱の流れは、温度分布とそれらの平均値を決定しません。


6. Re-emission is not reflection and can in no way heat up the ground-level air against the actual heat flow without mechanical work.


再発光は反射ではないし、機械的な仕事なしに実際の熱の流れに逆らって地上空気を加熱することはできません。


7. The temperature rises in the climate model computations are made plausible by a perpetuum mobile of the second kind. This is possible by setting the thermal conductivity in the atmospheric models to zero, an unphysical assumption. It would be no longer a perpetuum mobile of the second kind, if the "average" fictitious radiation balance, which has no physical justification anyway, was given up.


7. 第2種永久機関は、気候モデル計算における温度上昇をもっともらしくします。 これは(非物理的な仮定である)大気モデルに熱伝導率をゼロに設定することによって可能です。 「平均した」架空の放射収支(とにかくどんな物理学的な正当性も持っていない)を放棄したのならば、それはもはや第2種永久機関となるだろう。


8. After Schack 1972 water vapor is responsible for most of the absorption of the infrared radiation in the Earth's atmosphere. The wavelength of the part of radiation, which is absorbed by carbon dioxide is only a small part of the full infrared spectrum and does not change considerably by raising its partial pressure.


8. Schack(1972)以後、水蒸気は地球大気における赤外線の吸収の大部分の原因です。 二酸化炭素によって吸収される放射部分の波長は全赤外スペクトルの小さい部分だけであり、それはかなり分圧を上げても変化しません。


9. Infrared absorption does not imply "backwarming". Rather it may lead to a drop of the temperature of the illuminated surface.


9. 赤外線の吸収は「backwarming」を含意しません。 むしろ、それは照らされた表面温度のわずかな低下に通じるかもしれません。


10. In radiation transport models with the assumption of local thermal equilibrium, it is assumed that the absorbed radiation is transformed into the thermal movement of all gas molecules. There is no increased selective re-emission of infrared radiation at the low temperatures of the Earth's atmosphere.


10. 局所熱平衡の仮定をともなう放射伝達モデルでは、吸収した放射はすべての気体分子の熱運動に変換されるとみなされます。 低温の地球大気における赤外放射の選択的な再放出の増加はありません。


11. In climate models, planetary or astrophysical mechanisms are not accounted for properly. The time dependency of the gravity acceleration by the Moon and the Sun (high tide and low tide) and the local geographic situation, which is important for the local climate, cannot be taken into account.


11. 気候モデルにおける、惑星、または、天体物理学のメカニズムは、適切な説明がなされていません。 月と太陽(満潮と干潮)と局所的な地理的状況(局所的な気候に重要)による重力加速の時間依存性は、考慮に入れることができません。


12. Detection and attribution studies, predictions from computer models in chaotic systems, and the concept of scenario analysis lie outside the framework of exact sciences, in particular theoretical physics.


12.検出と属性の研究、カオス・システムにおけるコンピューターモデルからの予測、そしてシナリオ解析の概念は、精密科学(特に理論物理学)の枠組みの外側にあります。


13. The choice of an appropriate discretization method and the definition of appropriate dynamical constraints (flux control) having become a part of computer modelling is nothing but another form of data curve fitting.

The mathematical physicist v. Neumann once said to his young collaborators: "If you allow me four free parameters I can build a mathematical model that describes exactly everything that an elephant can do. If you allow me a fifth free parameter, the model I build will forecast that the elephant will fly." (cf. Ref. [185].)


13. 適切な離散化の方法の選択と適切な力学的な制約(フラックス・コントロール)の定義はコンピュータ・モデリングの一部になっており、それはデータ曲線のあてはめ(フィッティング)のもう一つの形式以外の何ものでもありません。

数理物理学者ノイマンは、かつて彼の若い共同研究者に言いました:「あなたが4つの自由なパラメータを私に与えるならば、私は、象がすることができるすべてを正確に記述する数学的なモデルを造ることができます。「5番目の自由パラメータを許して頂けると、私が造るモデルは、象が飛ぶと予測するでしょう。」(参照Ref.[185])


14. Higher derivative operators (e.g. the Laplacian) can never be represented on grids with wide meshes. Therefore a description of heat conduction in global computer models is impossible. The heat conduction equation is not and cannot properly be represented on grids with wide meshes.


14.より高い微分演算子(例えばラプラシアン)は、格子を幅の広いメッシュによって表すことは決してできません。したがって、グローバルなコンピュータ・モデルの熱伝導の説明は不可能です。熱伝導方程式は、幅の広いメッシュで格子が適切に表されることはないし、適切に表すこともできない。


15. Computer models of higher dimensional chaotic systems, best described by non-linear partial differential equations (i.e. Navier-Stokes equations), fundamental differ from calculations where perturbation theory is applicable and successive improvements of the predictions - by raising the computing power - are possible. At best, these computer models may be regarded as a heuristic game.


15. 非線形偏微分方程式(すなわち、ナビエ-ストークス方程式)で一番よく説明される、より高次元のカオス・システムのコンピュータ・モデルは、摂動論が適用可能で(コンピュータ・パワーの上昇による)予測の連続した改良が可能な計算と基本的に異なっています。 せいぜい、それらのコンピュータモデルは演繹的なゲームと見なされるかもしれません。


16. Climatology misinterprets unpredictability of chaos known as butterfly phenomenon as another threat to the health of the Earth.


16. 気候学は地球の健康に対するもうひとつの脅威としてバタフライ現象として知られているカオスの予測不可能性を誤解しています。


In other words: Already the natural greenhouse effect is a myth albeit any physical reality. The CO2-greenhouse effect, however is a "mirage" [204].

The horror visions of a risen sea level, melting pole caps and developing deserts in North America and in Europe are fictitious consequences of fictitious physical mechanisms as they cannot be seen even in the climate model computations. The emergence of hurricanes and tornados cannot be predicted by climate models, because all of these deviations are ruled out. The main strategy of modern CO2-greenhouse gas defenders seems to hide themselves behind more and more pseudoexplanations, which are not part of the academic education or even of the physics training.


言い換えると:どんな物理学的な事実があっても、自然の温室効果はすでに神話とかしています。そのCO2温室効果は、しかし「蜃気楼」です。

上昇した海面、極冠の融解、北アメリカやヨーロッパの砂漠の進行などの恐怖のビジョンは、気候モデル計算においてさえ見ることのできない架空の物理的なメカニズムの架空の結果です。 これらの逸脱の全てが除外されるので、ハリケーンと竜巻の発生は気候モデルで予測することができません。

現代のCO2温室効果ガス擁護者の主要な戦略は、ますます多くの偽りの説明の背後に隠れようとしているように見えます。ウソの説明は大学教育の一環としてだけでなく、物理学のトレーニングとしてさえ行われているのです。


A good example are the radiation transport calculations, which are probably not known by many. Another example are the so-called feedback mechanisms, which are introduced to amplify an effect which is not marginal but does not exist at all.

Evidently, the defenders of the CO2-greenhouse thesis refuse to accept any reproducible calculation as an explanation and have resorted to unreproducible ones. A theoretical physicist must complain about a lack of transparency here, and he also has to complain about the style of the scientific discussion, where advocators of the greenhouse thesis claim that the discussion is closed, and others are discrediting justified arguments as a discussion of "questions of yesterday and the day before yesterday". In exact sciences, in particular in theoretical physics, the discussion is never closed and is to be continued ad infinitum, even if there are proofs of theorems available.


よい例は放射伝達計算です。(その計算はたぶん多くによって知られていません)。 別の例はいわゆるフィードバック・メカニズムです。(そのフィードバック・メカニズムは、わずかではなく、全く存在しない効果を増幅するために導入されます)。

明らかに、CO2温室論の擁護者は、どんな再現可能な計算も説明として受け入れるのを拒否し、再現不可能な計算に頼ろうとします。理論物理学者は、ここで透明性の欠如について不満を言わなければなりません、また、科学的な議論のスタイルについても不満を言わなければなりません(つまり、温室論の支持者が議論は終了したと主張したり、また、あるのものは正当な論争を「昨日、一昨日の質問」の議論としては信用できないと主張したりする、そのことについてです)。精密科学において、特に理論物理学では、議論は決して終了することはなく、たとえ、利用可能な定理の証明があっても、終わることなく続けられます。


Regardless of the specific field of studies a minimal basic rule should be fulfilled in natural science, though, even if the scientific fields are methodically as far apart as physics and meteorology:
At least among experts, the results and conclusions should be understandable or reproducible. And it should be strictly distinguished between a theory and a model on the one hand, and between a model and a scenario on the other hand, as clarified in the philosophy of science.

特定の分野の研究に関係なく、最小の基本的な規則は自然科学で満たされなければなりません、たとえ科学的なフィールドが物理学と気象学と同じくらいに離れている方法論だとしてもです:
少なくとも専門家の間で、結果と結論は理解可能か、再現可能でなければなりません。そして、科学哲学で分類されるように、理論とモデルについて、また、モデルとシナリオについて、厳密に区別すべきです。


That means that if conclusions out of computer simulations are to be more than simple speculations, then in addition to the examination of the numerical stability and the estimation of the effects of the many vague input parameters, at least the simplifications of the physical original equations should be critically exposed. Not the critics have to estimate the effects of the approximation, but the scientists who do the computer simulation.


それは次のことを意味します。もしコンピュータ・シミュレーションから出た結論が単純な推測よりも多くなるのならば、(数値的な安定性に対する試験と多くのあいまいな入力パラメータの影響に対する見積りに加えて)少なくとも物理学的にオリジナルな方程式の単純化は批判にさらされるべきです。 批評家がする必要はないが、コンピュータ・シミュレーションをする科学者はその近似に対する効果を見積もらなければなりません。


"Global warming is good … The net effect of a modest global warming is positive." (Singer). In any case, it is extremely interesting to understand the dynamics and causes of the long-term fluctuations of the climates. However, it was not the purpose of this paper to get into all aspects of the climate variability debate. The point discussed here was to answer the question, whether the supposed atmospheric effect has a physical basis. This is not the case.

In summary, there is no atmospheric greenhouse effect, in particular CO2-greenhouse effect, in theoretical physics and engineering thermodynamics. Thus it is illegitimate to deduce predictions which provide a consulting solution for economics and intergovernmental policy.


「地球温暖化はよいことです…適度な地球温暖化の正味の効果はポジティブです。」(シンガー)。いずれにせよ、気候の長期変動のダイナミクスと原因を理解することは非常に面白いことです。しかし、気候変動の議論の側面に入ることが、本論文の目的ではありませんでした。ここで議論したポイントは、これまで想定されていた大気効果に物理学的な論拠があるのかどうかについて、疑問に答えることでした。それはありませんでした。

要するに、理論物理学と工業熱力学において大気の温室効果(特に、CO2温室効果)はありません。したがって、経済学と政府間の方針にコンサルティング・ソリューションを提供する予測を推定することは不当なことです。



theme : 宇宙・科学・技術
genre : 学問・文化・芸術

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温室効果は永久機関、気候モデルでは熱伝導が起こらず放射を過大評価か?

前回に続いてTheorySurgery氏にご紹介いただいた論文から。永久機関(perpetuum mobile)には熱力学第1法則に反する第1種永久機関と第2法則に反する第2種永久機関がある。どちらの熱力学の法則もいろいろな表現があるので他のサイトを参照してほしい。私の簡単な理解は仕事

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Physicist's Summaryの10番目について

こんにちは、はれほれです。
お忙しいところすみません。やっと論文に目を通し終えました。わからないところは飛ばしましたけど(笑)。自分なりにも考察しましてある程度まとまりのある考えになるました。論文のサマリーとも矛盾しない結論が得られて一安心なのですが、5 Physicist's Summaryの10番がちょっと引っかかっています。
>吸収した放射はすべての気体分子の熱運動に変換されるとみなされます
これは納得で、正しいと考えています。そうすると
>局所熱平衡の仮定をともなう放射伝達モデル
というのは温室効果を含んだ「放射平衡モデル」とは違って著者の推奨するモデルということでしょうか?

蛇足ですが1の「deliberate」の約は「故意の」の方がぴったり来ます。

ご指摘ありがとうございます。まだまだ、突っ込みどころもたくさんあると思うので、どんどん気づいたところは仰ってもらうとありがたいです。

私は文献を紹介しておきながら、完全に消化不良に陥っています(笑)。ただ、放射平衡が現実を全く無視したものであるという認識は共通しています。

局所熱力学平衡について

>局所熱平衡の仮定をともなう放射伝達モデル
というのは温室効果を含んだ「放射平衡モデル」とは違って著者の推奨するモデルということでしょうか?


熱運動に変換されることを重要視しているようなので、おそらく、そうだと思います。平衡状態に到達するために欠かせない要素の一つである「分子衝突過程」を含めたモデルということが言いたいのではないかという気がします。


局所熱力学平衡(LTE)に関しての正確な定義がわかりませんが、Wikipediaによると、まず、グローバルな熱力学平衡に関しては、温度などの示強変数が、系全体を通して均一なときのことを言うようです。一方、LTEは、系全体としては温度などの示強変数が変化しても、どのポイントでも非常にゆっくり変化するなら、そのポイント近傍では熱力学平衡を近似できるときとされているようです(Wikipedia以外に、もっといい説明があれば、そちらを参考にしたい)。


つまり、系全体として、ある一つの温度で表すことができないときに、局所熱力学平衡を用いるということのようです。


また、LTEは大量の粒子にのみ適用されるので、放射・吸収される光子が熱力学平衡にある必要はないともありました。
http://en.wikipedia.org/wiki/Thermodynamic_equilibrium


Wikipediaによれば、「Transport phenomena are processes which lead a system from local to global thermodynamic equilibrium. 」とされています。地球の大気温の測定は、まさに、ローカルな熱の輸送過程の経過を観測していることになり、平衡モデルで表現するには、かなりの困難が伴うのではないかと思います。


平衡は各過程の速度が十分に速いときに達成されるものだと思います。局所平衡にあるポイントでは、振動、回転、並進運動がそれぞれボルツマン分布に従って分配されている状態ではあるが、系全体として見たときには、まさに、輸送現象などによる非平衡状態からの緩和過程を観測していることになるのだと思います。

ありがとうございました

こんにちは、はれほれです。お返事ありがとうございました。ご紹介のサイトは「また英語かあっっ!」という感じです。(笑)
サマリーにあるのだから本文中のどこかに書いてあるだろうとまた読み直していますが、やっぱり難しいですね。37ページの上の方とか65ページのところとか怪しいのですが、理解度は今ひとつです。(笑)
>系全体として、ある一つの温度で表すことができないときに、局所熱力学平衡を用いるということのようです
これは論文の著者の主張と一致していますね。やはり著者よりのモデルのようですね。
>平衡は各過程の速度が十分に速いときに達成されるもの
TheorySurgeryさんらしい考察です。納得です。私もよく理解できてないのですが、このごろは自分がどこが理解できていないのかがわかるようになりました。(笑)これはすごい進歩だと自分で思っています。

冷媒と断熱材

こんにちは。指摘してもらうと自分が分からないことやあいまいにしていたことろが浮き彫りになり助かります。やはり、こうした議論は重要ですね。自分がいかに知らないかという、「無知の知」を感じます。科学用語の定義などをネット上で探すと、日本語で適当なサイトがなかなか見つからず、比較的充実していそうな英語のWikipediaなどを参考にしています。


ところで、最近の自販機などはCO2がフロンなどの代わりに代替冷媒として用いられているものもあるようです。ヒートポンプなどは、コンプレッサーによって冷媒を圧縮することにより昇温を行い、低温から高温へ熱の移動を行っているようです。CO2による温室効果モデルでは、CO2がヒートポンプのように働き、低温の大気から高温の地表へ熱を移動させると主張します。しかし、地球大気はコンプレッサーのような仕事を行うことのできるメカニズムを備えていません。


また、巷では、CO2をあたかも断熱材のように働くと主張しているかのような記述も多々見られます。確かに、気体の熱伝導率は分子密度が低いこともあり、液体や固体に比べて断熱効果は大きいかもしれません。しかし、G. Gerlich et al.(2007)のTable 7(p10)によると、CO2が二倍のときの"大気"の熱伝導率 (thermal conductivity) や熱拡散率 (thermal diffusivity)にほとんど変化は見られません。また、実際にはパソコンの空冷システムのように対流などによって気体でもよい伝熱媒体として働くことで地球大気の熱循環が行われているものと考えられます。
プロフィール

Author:TheorySurgery
社会科学と疑似科学の際どい境界線を探りながら、文系と理系の学問の乖離やらを考えています。分光学を視点として温暖化懐疑論も展開してます。

温暖化論を学ぶための入門用ホームページつくりました。↓ ご意見承ります。
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