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微視的な視点からの温度の理解へ向けて

気相中における分子の振る舞いについて


微視的な視点で温度を理解するためには、気相中における分子の振る舞いについての理解を深める必要がある。そこで、文献などから参考になりそうな記述をいくつか抜粋しまとめた(改行、省略は任意)。

気相では溶媒の極性や分極率などの影響を常に受けることはなくなり、衝突を通して周囲の分子の影響を受ける。衝突回数は圧力により決められ、たとえば1気圧の室温の窒素中で1個の窒素分子が受ける衝突頻度は毎秒約7×109回であり、平均して約0.14nsに1回衝突していることになる。衝突により分子は種々の緩和を起こす。緩和時間は分子の種類により変わるが、分子の運動状態にも依存する。最も緩和を受けやすいのは並進運動と回転運動で、数回の衝突でその運動状態は変わるが、振動は一般に緩和を受けにくく、1,000回以上の衝突が必要である。

日本化学会編 『光化学の基礎と先端研究』 学会出版センター、 p3


凝縮相から眺めて分子環境をミクロ化していくと、微小液滴や(サブ)ミクロン粒子にたどり着くが、その中にある蛍光物質の輻射寿命は依然としてなお凝縮相のものと同じで、孤立分子のτr0から凝縮相のτr(n)へ移行する中間の分子環境はどのようなものか解明されておらず、現在でもいわばmissing linkとなっている。

日本化学会編 『光化学の基礎と先端研究』 学会出版センター、 p19


振動状態に変化をもたらす衝突過程はいくつかのタイプに分けられる。衝突の相対運動エネルギーが分子内の振動エネルギーに変換される過程(T-V過程)と一つの振動モードから別の振動モードへエネルギーが移動する過程(V-V過程)とが基本的なタイプであるが、V-V過程に関与する二つの振動モードが同一分子内にあるか、あるいは異なった種類の分子に属するかによって“分子内V-V過程”あるいは“分子間V-V過程”に区別され、また回転状態の同時遷移を強調する場合には、たとえば“振動→回転(V→R)過程”あるいは“振動→並進、回転(V→T,R)過程”などと区別される。このようなエネルギー移動に関する実験的な情報は、外部から加えられた何らかの摂動によって非平衡状態におかれた気体系が何回かの分子衝突を繰り返しつつ平衡状態へ復帰する過程(緩和過程)を観測することによって得られる。

日本化学会編 『非平衡状態と緩和過程』 学会出版センター、 p12


振動エネルギー分布の非平衡状態においては、1)モード内V-V過程、2)モード間V-V過程、3)V-T過程、の三つのタイプの衝突エネルギー移動によって振動緩和が進行する。1)の過程は同一モード内の振動エネルギーをBoltzmann分布に向けて急速に再分配する。2)の過程は異なったモードの振動温度を互いに等しくし、3)の過程は振動温度を並進温度と等しくする作用をもつ。

日本化学会編 『非平衡状態と緩和過程』 学会出版センター、 p43


巨視的な系に起こる変化が微視的過程と異なった新しい法則を示すのは、その自由度の数が圧倒的に大きいからである。このように巨視的な系が統計的な平衡状態へ近づいていく現象すべてを総称して“緩和現象”という。

日本化学会編 『非平衡状態と緩和過程』 学会出版センター、 p196


微視的過程を分子間衝突の種類によって分類してみると、並進の自由度だけが関与する弾性衝突、原子の組み換えを伴わず内部自由度だけが変化をする非弾性衝突と、原子の組換えを伴う反応性衝突とになる。これらの衝突の頻度はそれぞれ異なっていることが多い。常温では弾性衝突の数が非常に多く、その次が非弾性衝突、反応性衝突の順になっている。そのために並進自由度が反応性衝突や非弾性衝突によって平衡分布からずらされたとしても、かなり速く、たとえば10-13秒程度で回復する。

日本化学会編 『非平衡状態と緩和過程』 学会出版センター、 p199


生成物の“発生期(nascent)”の分布、すなわち、衝突によって緩和されない分布を観測するためには、分子が衝突脱活性を受ける前に放射を行うことができなくてはならない。赤外の寿命はミリ秒程度である。このことは実験を極端に低い圧力で行わなくてはならないことを意味するが、これはまたシグナルの強度を減らすことでもある。この両方の条件に合うことを保障する手立てがPolanyiが工夫した“制限緩和(arrested relaxation)法”を使うことである。


この技術では反応を非常な低温、たとえば20K(液体水素によって)に壁を冷やした容器内で行わせる。こうすると容器は低温脱気されるため、すべての生成物や反応しなかった出発物質は壁に凝縮し、排気される前に放射を行う生成物分子だけが観測される。また、低温なので検出器やフィルターの熱雑音や黒体のバックグラウンドを減らすことになり、弱い赤外化学発光のシグナルを観測するための困難を減少できる。

Jeffrey I. Steinfeld, William L. Hase, Joseph S. Francisco 『化学動力学』 東京化学同人、p270


赤外線化学発光の研究を困難にしているもう1つの問題は、励起振動状態の放射寿命が比較的長く(10-3~10-2s)、励起分子が赤外線を放射する以前に共存する分子と衝突して反応直後の状態とは異なる温度平衡状態となりやすいことである。したがって、赤外線化学発光が観測できる反応は、その速度定数が分子衝突によるエネルギー移動速度に比べて大きいものに限られる。すなわち、原子やラジカルの反応で大きな発熱反応熱をもつものが研究対象とされた。

土屋荘次編 『レーザー化学―分子の反応ダイナミックス入門』 学会出版センター、p4


赤外領域の自然発光の寿命は10-3s以上である。したがって、発光強度の積分値が一定とみなせる場合、励起直後の赤外発光の強度は、寿命とほぼ逆比例の関係にある。光励起によって到達した振動準位が、他の非放射性の準位と混合していると、発光の寿命はいわゆるDouglas効果*(Douglas、1966)により引き延ばされる。この結果、発光強度が小さくなる。このようにして、励起直後の発光強度は、振動準位間の混合の程度を表す尺度となる。

土屋荘次編 『レーザー化学―分子の反応ダイナミックス入門』 学会出版センター、p97




ブラウン運動と花粉をめぐる科学者の誤解: 科学者は「裸の王様」

科学の分野で、よく引用される定番の話の中には間違って伝わっているものが少なからずある。これはおそらくもとの文献を読んでいなかったり、あるいは、誰かが間違って引用したものをそのまま孫引きをしたりすることで生じている場合もあるのかもしれない。たとえば、板倉聖宣は『思い違いの科学史』という本の中で、岩波洋造氏の以下の文章を引用し、


ところで、花粉は水の中でほんとうにブラウン運動をするのであろうか。本文中にくわしくのべられているように、花粉の大きさは、ふつう三〇μ(ミクロン)から、五〇μくらいで、大きなものは一〇〇μから二〇〇μもある。こんな大きな粒子が水の分子運動によって起こるブラウン運動をするはずがない。事実、著者は二〇年近くも毎日、花粉を顕微鏡で見ているが、花粉が水の中でびくびく動いているところなど見たこともない。…(中略)…


当時ブラウンが見たのは花粉そのものではなく、花粉の中に含まれているデン粉粒などの細粒子の動きであったからである。今日、多くの人が“花粉を水に入れると動く”と思い込んでいるのは、おそらく最初にブラウン運動を紹介した日本の偉い物理学の先生が、花粉粒の粒と花粉の中の細粒子の粒とを混同して訳してしまったためであろう。これは本に書かれていることが、正しいことのみとはかぎらないことの一例である。(岩波洋造『植物のSEX』一八~一九ページ)

青木国夫他 『思い違いの科学史』 朝日新聞社、p244


上記のように、花粉が水の中でブラウン運動をしない事を告げ、さらに、長岡半太郎の『東京物理学校雑誌』や1935年発行の『岩波物理学辞典』、1953年に出た平凡社の『理科事典』、朝永振一郎編(ブラウン運動の節は花輪重雄執筆)の『物理学読本』、湯川秀樹他『素粒子』など、いたるところで誤った表現がなされていることを指摘している。さらに、次のように述べている。


それは昔、だれか偉い一人の先生が間違えたのをそのままうけついだだけ、とはいえそうにはない。大部分の物理学者は、花粉がさらに壊れて微粒子が出てくるなどということは考えてみたことがないので、たとえ「花粉に含まれている微粒子」「花粉から出てくる微粒子」という言葉を見ても、それも花粉のことだろうと思ってしまう傾向が強いのである。その上、昔から「花粉がブラウン運動をする」という話をきき知っていて、しかも自分自身でその花粉を水に浮かべて顕微鏡で見たことがない、となれば、これでは間違いを訂正しようもない。…(中略)…


すでに、十分研究されている事柄だからといって、それが啓蒙書や教科書に書かれるとき必ずしも正しく書かれるとはいえない。―これは科学の教育や啓蒙に関する研究が科学そのもの研究とは独立に真剣に行われる必要があることを意味している。なにしろ、いまの科学者は啓蒙書や教科書を書くにはあまりにも専門化しすぎていて、そこに書かれることを十分知っているとはいえなくなってきているからである。その弱点が、植物学と物理学の境界の問題であったブラウン運動の話に、集中的にあらわれたというわけである。

青木国夫他 『思い違いの科学史』 朝日新聞社、p260


板倉聖宣が指摘した状況は現在でもあまり改善されている様子はなさそうだ。たとえば、分子生物学の研究者である福岡伸一は、最近、出版された『生物と無生物のあいだ』の中で、こう記している。


原子そのものの動きを直接見ることはできないが、小さくて軽い粒子、たとえば水面に浮かぶ花粉や空気中に浮かぶ霧(微小な水滴)の動きなら顕微鏡を使って追うことができる。すると粒子は絶え間なく非常に不規則な動きをしていることがわかる。これがブラウン運動と呼ばれるものだ。

福岡伸一 『生物と無生物のあいだ』 講談社、p138


しかし、正確に伝えている本も、まったくないわけではない。たとえば、垣谷俊昭は、『光・物質・生命と反応(上)』の中で、こう記している。

1827年にイギリスの植物学者ブラウンは水を吸って破裂した花粉から出る微粒子が水中で不規則に激しく動くことを顕微鏡下に観測し、初め生命による運動と思ったが、化石の粉から鉱物の粉、煙の粒子などまで、粒子さえ微小なら同種の運動をすることを発見した。その後この現象は微粒子を取り巻く多数の水分子がランダムに衝突し、その結果微粒子がランダムに動かされることによることが明らかになった。

垣谷俊昭 『光・物質・生命と反応―物理と化学の視点から〈上〉』 丸善、 p181

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太陽活動の変動周期メカニズムの謎

数十年から数百年規模で起こる太陽黒点の長期周期のように、太陽活動の変動に対するメカニズムはいまだ謎が多く、未解明なまま残されている。しかし、太陽活動と気候の関係や、果ては経済の浮き沈みとの関係まで指摘する声も少なくない。


イースターブルックの予測
氷河などの地質学の専門家であるDon J. Easterbrookは、気候と太陽活動の関係にも注目しており、ベーカー山の氷河の後退と進展の周期が太陽活動の変動やPDO(太平洋十年規模振動)と相関関係を示すことを明らかにした。


 solar-induced-PDO

PDF file of Powerpoint presentation


さらに、Easterbrookは、CO2などの温室効果ガスよりも太陽活動を重視としたときの今世紀の気温変化を次のグラフのように予測している。


Easterbrook

Global warming: Are we heading for global catastrophy in the coming century? (Global climate changes, global warming)


このグラフによると今後2040年ごろまでは若干の寒冷期に入ると予測されている。この予測は、これまでの寒冷期と温暖期の周期がそのまま繰り返されるとしたときのものであり、観測された太陽活動の周期的な変動による経験則から導き出されたものだ。実際にこの予測の通りに行くかは誰にも分からないと思うが、ロシアの科学者でも今後寒冷化すると予測しているものもいるようだ。


太陽の熱放射の活発化を研究している天文物理学者は、活発化が2つのサイクルで起こることを発見した。11年縁サイクルと2世紀のサイクルで起こるのだ。どちらのサイクルになるかは太陽の発行表面の半径と面積の変化によって違ってくる。最近のデータによれば、(私は、プルコフ天文気象所宇宙研究所のハビブルルイ・アブサマトフ所長のデータを尊重しているが)、すでに2012年までには、肌で感じるほどの寒冷がやって来ると信じている。寒冷気候は、少なくとも、50-60年は続くだろう。

温暖化議論は早晩、寒冷化論議に取って代わられる, オレグ・ソロフチン, ロシア・ノーヴォスチ通信


無黒点
現在、太陽黒点がまったくない状態が観測されており(低温注意報)、2004年にも無黒点の日が何日か観測されている(太陽活動サイクルにばらつき)。もっとも今は太陽黒点の11年周期の極小期に該当するので、しばらくすれば、また黒点が復活するものと予測されている(Sunspot index graphics)。


ちなみに、2006年当時の国立大気研究センター(NCAR)の研究者らの見解によると、「活発化へ転じる時期は、従来の予測より1年ほど遅く、2007年後半から08年初めになる」とされていた(参考:太陽活動再び活発化へ)。


次のサイクルの極大については、「2011年ごろで極大のときの黒点数は140前後でけっこう活発になるというもの、もうひとつは次の極大は2012年ごろで極大のときの黒点数は90前後とそれほど活発にはならない」という二つの論に分かれているようだ(NICT トピックス)。


いずれにせよ、今後の太陽活動の動向には、もっと注目が向けられてもいいように思う。太陽活動の指標は太陽黒点のみで判断することはできないが、かといって完全に無視できるものでもない。これからの太陽活動と気候の関係の研究の発展にも期待したい。


太陽黒点のメカニズムについて b.太陽の活動
黒点情報 宇宙天気情報センター(NICT)
太陽の動向について 宇宙天気ニュース
最新の太陽画像 The latest MDI Continuum images

 

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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

解き放たれたアレニウスの呪縛

温室効果の物理的な妥当性について

CO2による地球温暖化に懐疑的な人であっても、たいていの人は温室効果自体の説明については概ね認めているものと思う。しかし、つい最近、報告された「Gerhard Gerlich et al., 26 Jul(2007)」によると、これまでの温室効果に対する一般に流布されている認識を覆し、大幅に見直しを迫る内容が記されている。このレポートの主要な論点は次の六つである。

(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 degrees Celsius 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



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)


直訳:
(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) 放射バランスの仮定は非物理的である。
(f) 熱伝導率と摩擦をゼロに設定してはならない、その大気の温室の推測は偽りである。


この報告書はおそらく、これまでの懐疑的な論文とは一線を画すことになるだろう。問われているのは、温室効果に対する物理的な根拠であり、それがまったくの事実無根であると主張しているのだ。報告書は113ページにもわたるが、まずはそれを簡単に紹介したサイトを眺めて見るのもいいだろう。
Falsification Of The Atmospheric CO2 Greenhouse Effects | Atmoz

Global Warming at Odds With Science


私がネット上で見つけた大気化学のテキストにも温室効果のメカニズムに対して杜撰な説明が垣間見られた(大気化学の常識は光物理化学の非常識)。さらに、「Gerhard Gerlich et al.(2007)」によれば、ほとんどの気候学のテキストにおいて、熱力学の第二法則を無視した記述がなされていると主張している。

…… 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. 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.




温室効果の説明にしばし用いられる地球のエネルギー収支の図も物理的に正しくないと主張している。

Diagrams of the type of Figure 23 are the cornerstones of "climatologic proofs" of the supposed Greenhouse effect in the atmosphere [142]. They are highly suggestive, because they bear some similarity to Kirchhoff rules of electrotechnics, in particular to the node rule describing the conservation of charge [158]. Unfortunately, in the literature on global climatology it is not explained, what the arrows in "radiation balance" diagrams mean physically. It is easily verifed that within the frame of physics they cannot mean anything.




温室効果ガスによる再放射過程についても、大幅な再考を促す必要があるようだ。

Furthermore, Al Gore confuses absorption/emission with reflection. Unfortunately, this is also done implicitly and explicitly in many climatologic papers, often by using the vaguely defined terms "re-emission", "re-radiation" and "backradiation".
さらに、アルゴアは吸収/放出を反射と混同します。残念なことに、多くの気候学の論文においても、漠然と定義された「再発光」、「再放射」、「後方放射」などの用語がしばし用いられ、それらは暗黙のうち、或いは明らかな形でなされいてます。



3. Is it physically correct to consider radiative heat transfer as the fundamental mechanism controlling the weather setting thermal conductivity and friction to zero?



For instance in many calculations climatologists perform calculations where idealized black surfaces e.g. representing a CO2 layer and the ground, respectively, radiate against each other.

In reality, we must consider a bulk problem, …… In this context an application of the formulas of cavity radiation is sheer nonsense.



Global climatologists claim that the Earth's natural greenhouse effect keeps the Earth 33 ℃ warmer than it would be without the trace gases in the atmosphere. 80 percent of this warming is attributed to water vapor and 20 percent to the 0.03 volume percent CO2.

If such an extreme effect existed, it would show up even in a laboratory experiment involving concentrated CO2 as a thermal conductivity anomaly. It would be manifest itself as a new kind of 'superinsulation' violating the conventional heat conduction equation. However, for CO2 such anomalous heat transport properties never have been observed.



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、そして、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決してできない。



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.
7. 第2種の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する。 これは「非物理的な」仮定として、大気モデルの熱伝導率をゼロに設定することによって可能となる。
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.



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



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.




再放射については、次のサイトも参考になると思うので、ついでに紹介しておく。
How radiation is released - Joshua Halpern
On the Phenomenon of Atmospheric Backradiation, Heinz Thieme

Grave Discrepancies Between Theory and Experiment, Jack Barrett
Hug & Barrett versus IPCC, Heinz Hug and Jack Barrett


この報告書「Gerhard Gerlich et al.(2007)」はページ数も多く、まだほとんど目を通せていないが、これからの気候論争に大きな一石を投じたことになるのは間違いないだろう。日本でも議論が進むことを望む。日本の基礎研究は着実に衰退しつつあり、理科離れも進んでいると言われている。


基礎を怠れば、その上に立つのはガラスの城となる。昨今の耐震強度の偽装問題のように、日本の科学も基礎となる土台の脆弱性について早期に警告を発しておくべきではないだろうか。シミュレーションに予算を回したぶんのしわ寄せが日本の科学の水準の低下に少なからず影響を与え、さらに、シミュレーションに頼りすぎ、基礎研究を疎かにする風潮がこのまま続けば、それは科学の後退につながるのではないだろうか。根拠薄弱な説に基づいた温暖化騒動の偽善的な振る舞いを見ていると、そんな気がしてならない。

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再放射の可能性について

私が考える温室効果は、再放射によるものではなく、分子衝突によって周囲の分子に運動エネルギーとして赤外励起エネルギーを分配し大気を暖めることだと考えています。エネルギー収支には確かに「再放射」とあります。しかし、下層大気において、温室効果ガスが再放射を行う割合は非常に小さいと私は考えています。基本的には、分子衝突により周囲の分子に運動エネルギーとして分配される割合の方がはるかに高いと思います。


もし、大気がよい放射体として働くのならば、放射温度計で大気の温度も測れるはずです。しかし、放射温度計のサイトを見ると次のように説明されいてます。

「空気は、赤外線の放射エネルギー量が非常に小さい(放射率が小さい)ので、測定することはできません」

HORIBA : 放射温度計プラザ

「大気中に含まれている水蒸気(H2O)や炭酸ガス(CO2)は、特定の波長の赤外線を強く吸収します。このため、大気中で全放射温度計による測定を行うと、被測定物の放射が正しく温度計に伝わらず、精度の高い温度測定は難しくなってしまいます。」

HORIBA : 放射温度


ここで、最も「再放射」を行う可能性がある大気物質を考えてみますと、それはおそらく雲になるのではないかと思います。私は雲の分光特性について知りません。しかし、およそ液体の水と似たような吸収特性を持つものと考えられます。もし、雲からブロードな波長領域において赤外放射が起これば、特に、大気の窓領域の波長(8~13μm)は大気に吸収されることなく、地表に到達することができると思います。


参考までに、放射温度計を天頂に向けて測定した結果を乗せたサイトがありました(ためしに天頂に向けて温度を測ってみると。。)(赤外線放射温度計)。ここで、9月5日のデータに注目しますと、湿度50%、雲量が3とあり、気温33℃に対して、天頂方向は3℃となっています。放射温度計の検出器の分光特性が分からないので、ここから詳しいことは言えませんが、興味深い結果だと思います(太陽放射に含まれる赤外線の寄与なども気になります)。


私は、温室効果だけでなく、熱浴としての大気の保温効果も重要と考えています。近藤さんとはれほれさんの仰るとおり、昼間は地表の温度の方が大気よりも高いと思います。しかし、夜になれば、大気の窓を通じて地表から宇宙へと放射冷却が進み、大気よりも地表温度の方が急速に冷えることで、ときには地表温度の方が低くなることもあると思います(逆転層)。昼夜を通して考えると、大気の保温効果が平均気温に及ぼす寄与も決して少なくないように思います。

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放射平衡モデルの妥当性について

温室効果ガスの分光学」で書いたことをもう少し検討してみた。


吸収の飽和の問題

地表から5mまでの層において、CO2の大気組成を400ppmと仮定したときのCO2の代表的な赤外ピーク波長である15μmにおける光学密度は、ランベルト・ベールの法則を用いて見積もることが出来る(1気圧22.4Lと仮定)。


O.D. = 20.2 m^2/mol × (400× 10^-6) / (22.4×10^-3 m^3/mol) × 5 m = 1.8035


赤外吸収率は次式で求められる。


100 × (1 - 10^(-1.8035) )≒ 98.4%


地表5mでCO2のピーク波長の赤外吸収は、すでにほぼ飽和状態にある。全吸収帯を考えれば、100mの大気があれば十分な吸収率に達するだろう。


吸収率と光学的厚さの関係

CO2による吸収率がすでに100%に近いため、さらなるCO2の増加は吸収率のわずかな増加しかもたらさない。ここで、吸収率と光学的厚さ(光学密度)の関係を以下に示す(光学密度は濃度に比例。底は10とおく)。


吸収率(%) 光学的厚さ( ∝ 濃度)
90      1
99      2
99.9     3
99.99    4


吸収率 = 1-10^(-光学的厚さ)


すでに十分に吸収率が高い場合、そこからの濃度の増加に伴う急激な吸収率の増加を見込むことはほとんどできない。しかし、放射平衡モデルでは、この吸収率の微小変化によって鉛直大気の温度分布が決定される。


放射平衡モデルでは光学的厚さの関数として温度をあらわすと知ったときに、私はここに大きな違和感を感じた。吸収率の微小変化が果たして本当に温度に重大な影響を与えるのだろうかと(とくに金星大気など)。



再放射の妥当性

放射平衡モデルでは、光学的厚さ(光学密度)が大きいほど、つまり、赤外吸収率が限りなく100%に近づくほど、大気温度も上昇するとされている。しかし、吸収率が高い領域においては、当然、大気量(大気圧)も大きくなる。そのため、地表放射を吸収した分子は再放射ではなく、分子衝突により無放射緩和過程を経て失活する。


再放射は起こらず、分子の運動エネルギーに速やかに変換されるのだから、このような条件下において放射平衡がなりたつとは考えづらい。しかも、地球の大気の99%は放射を行うことのできない赤外不活性分子で構成されている。


金星大気が高温である理由として、温室効果ガスが多いためとの説明がしばし見受けられる。しかし、基本的には金星大気が90気圧以上もの高圧下にあるため、大気の断熱圧縮による昇温効果と膨大な大気量が熱浴として働き、高温状態が保たれているものと考えられる。そもそも金星大気のCO2の存在量は地球大気の何十万倍もあり、同列に比較することは出来ない。



放射は温度を代表できるか

放射平衡モデルではすべてのエネルギーをいったん放射に代表させて計算を行う。しかし、そもそも放射はエネルギーの主要な散逸過程ではないので、放射平衡を仮定した温度勾配の見積もり自体に妥当性はない。


放射平衡ではシュテファン・ボルツマンの法則を用いて温度を放射に換算して計算を行う。しかし、大気分子はほとんど放射を行わないので、放射平衡を用いて大気温度の鉛直分布を近似することはできない。


シュテファン・ボルツマン則が成り立つのは地表ぐらいなもので、後は雲などの液体がどう評価できるかといったところだろうか。固体や液体はさまざまな量子状態をとることができ、状態密度が高いために、放射体として近似できる場合があるが、大気(気体分子)を放射体として近似することはできない。


それではマクロな視点ならば、大気も黒体(灰色モデル)として近似することはできるだろうか。確かに、分子衝突などにより、ある一定の割合で励起状態は存在する。しかし、衝突励起によるものでも、緩和過程は無放射失活により行われていることにかわりない。放射をほとんど行わない大気に、放射平衡を当てはめるには相当の無理があるだろう。


大気(に含まれる赤外活性分子)は赤外放射の吸収体として働くが、放射体として機能することはない。自然放射の速度定数と分子衝突により生じる消光の速度定数との関係から、大気の放射過程が観測されるのは、はるか大気上層においてであり、それは放射冷却とも密接に関係している。励起状態の緩和過程を考慮しない放射伝達方程式は無効である。



なぜ海は青いのか

地表の七割を占めるとも言われている海洋だが、それはシュテファン・ボルツマン則であらわされるような単純なものであろうか。海はなぜ青いのか。これは分光学的に説明すると、青色以外の光が吸収されてしまっているためとされている。とくに、水分子の倍音振動による吸収帯が可視光の赤色領域にもあるため、残りの光が散乱や反射などを経て、人の目に青色の光が入射される。
海はなぜ青いのか
WHY IS WATER BLUE?, Charles L. Braun and Sergei N. Smirnov, J. Chem. Edu., 70(8), 612(1993)


網膜にあるロドプシン中にあるレチナールは光により電子励起すると、cis-trans異性化により構造変化を起こし、その変化にともなうタンパク質のひずみが脳へ信号として伝わるとされている。色の質感(クオリア)を脳が認識するメカニズムは脳科学のテーマともなっているようだ(クオリア・マニフェスト)。



黒体放射の誤謬

一般に、「すべての物体はその温度に応じて赤外線を放出している」としばし言われている。この原理を利用したのがサーモグラフィーや放射温度計などである。しかし、全ての物体が放射を行っているわけではない。


たとえば、赤外不活性分子であるヘリウム原子を極低温にすると、放射を観測することはできなくなるだろう。その代わり、ボース=アインシュタイン凝縮に基づき超流動とよばれる現象が起こるといわれいている。


電子のようなフェルミ粒子であっても、極低温下になるとクーパー対と呼ばれる状態になり、一種のボース粒子として扱うことができる。これを利用したのが超伝導である。代表的なボース粒子が光子である。このボース粒子とフェルミ粒子である電子(あるいは双極子モーメント)との相互作用を研究するのが光化学とも言えるだろう。



大気は放射平衡で近似できない

ジェームス・ハンセンはもともと金星大気の研究者であり(Pubs.GISS: Publications by James E. Hansen)、後に、アメリカ議会においてCO2の増加による地球温暖化が99%の確率で起きていると主張して一躍有名になった。そのときの証言に用いられたのが、温暖化のシミュレーションであった。


ハンセンが金星大気の研究を行った1960年代は、火星や金星などに向け探査機の打ち上げが始まった時期でもある。ハンセンは金星から放出されるマイクロ波を用いて地表温度を見積もり、金星が高温である理由をダストが大気の光学的厚さを増加させるためだと考えたようだ。彼はこれを「dust insulation model」と呼んでいる。しかし、高温である理由を光学的厚さのみに求める考え方は間違いである。放射平衡モデルの誤謬はこのころから蔓延していったのかもしれない。
The atmosphere and surface temperature of Venus: A dust insulation model., James E. Hansen et al., Astrophys. J., 150, 1139(1967)


温暖化のシミュレーションには、放射平衡という概念が欠かせずに出てくる。ハンセンも放射平衡を用いて金星大気の温度分布などのシミュレーションを行っていたようだ。しかし、ある程度、気圧が高くなると、エネルギーのやり取りは放射では行われなくなる。地表から放射される赤外線を吸収した分子は振動励起状態になる。


その励起状態の自然放射の寿命はミリ秒のオーダーであり、これよりも消光の速度定数が著しく大きければ、励起状態は放射を伴わずに失活し、その励起エネルギーは周囲の分子の運動エネルギーとして分配される。高圧大気下にあるほど再放射を行う確率は小さくなる。高圧下では分子衝突の頻度も大きくなる。つまり、消光の速度定数が著しく大きくなるのだ。90気圧以上もの高圧下にある金星大気ならば、なおさらのことだ。


観測技術の発展

温暖化研究の時代背景を時系列的に追うことで、当時の状況について考えてみたいと思う。大気温度のシミュレーションは1960年代ごろに始まり、CO2倍増シミュレーションなどもこのころに行われだした。1960年代といえば、調度アポロ計画が始まったころだ。レーザーが発明されたのも1960年代のことだ。


ニュートンは分光学の創始者でもあり、自分でレンズを磨き上げ、それを実験に用いたという。光学機器メーカーというと、日本では三鷹光器という大変に先駆的でユニークな会社がある。もう少し身近なところでいえば、パソコンに用いられるハードディスクのガラス基盤を作っているHOYAがある。


光の検出器にはカミオカンデで有名になった浜松ホトニクスがある。三鷹光器や浜松ホトニクスのような職人気質な会社がなかったら、小柴昌俊さんのノーベル物理学賞(2002年)につながることはなかっただろう。


科学の進歩は新しい装置の開発と密接にかかわっている。たとえば、タンパク質の構造解析のための質量分析法を可能にした田中耕一さんはノーベル化学賞(2002年)を受賞している。フェムト秒分光学を創始したエジプトのアハメッド・ズウェイルもノーベル化学賞(1999年)を受賞している。


光化学の理論分野では電子移動の理論でノーベル化学賞(1992年)を受賞したマーカスがいるが、それを平均自由行程過程と結びつけて拡張したのが日本の立矢正典である。電子移動の理論といってもきわめて単純なもので、ポテンシャルを放物線であらわすと、その始状態と終状態のポテンシャルの交点が活性化エネルギーとなる。そのため、状態間の自由エネルギー差が小さくなると、ある領域から活性化エネルギーが大きくなる。これを逆転領域と呼んでいる(酸化還元電位に基づいた旧来の電子移動の理論・リーム・ウェラー(Lehm-Weller)の式ではこれを説明できない)。


こんな単純な理論でも、光合成のメカニズムの解明などには欠かせないものになる。たとえば、マーカス理論には溶媒の重要性を示すパラメータに溶媒の再配向エネルギーなどがある。ちなみに、電気化学の分野では名著の部類に入る「電子移動の化学 - 電気化学入門」を記した電気化学・光化学の専門家に渡辺正さんがいる。渡辺さんは光合成の専門家でもあり、「これからの環境論」で温暖化論に対する疑問を呈している。分光学・光化学などの専門家でCO2温暖化説に疑問を呈す声は決して少なくない(分光学者たちの温暖化懐疑論)。


光合成に関しては、槌田敦さんのエントロピー的な見方からすれば、水分子の働き、とくに蒸散が重要な働きをすると言われているが、そのようなアプローチの研究は果たして行われているのだろうか。槌田さんの主張は、どれも本質を突いているため、何年後か、何十年後かには、誰かが手をつけることになるだろう。たとえば、大気汚染による温暖化は槌田さんがずっと前から指摘していたことだが、最近になってようやく、それを裏付ける研究が報告されてきている(水蒸気フィードバックと気候感度の妥当性)。


ちなみに、サハラ砂漠では緑化が進行しているらしい(Africans go back to the land as plants reclaim the desert)。これは単純にCO2の増加と結びつけて解釈もできるが、水分の乏しい砂漠において水がどのように働いているのか、大変に気になることだ。


日本の光化学の重鎮といえば又賀昇がいる。又賀さんは「遷移金属を含まない有機化合物が強磁性体になりうることを予想」し、ノーベル賞候補にも度々なっている。非指数関数的に減衰する蛍光寿命から、細胞膜のモデルである脂質二分子膜ベシクルの表面がフラクタル次元であることを示した研究もある。又賀先生は、溶媒緩和によるストークス・シフトを定式化したLippert-Matagaの式など、理論分野での貢献は計り知れないものがある。溶媒和を含めた分子間相互作用は有機合成の分野でも重要だ。


いまでも化学反応の多くは溶媒中で行われるが、それは溶媒カゴ中における衝突頻度が気相中とは比べ物にならないほど高くなり、反応が起きやすくなるからだ。これを反応場の効果として扱うことが多い。溶媒を熱浴や拡散場とみなせばエントロピー的な評価も行うことができるのだろうか。まだ私にはエントロピーを用いた考え方が身についていないので、ミクロな現象におけるエントロピーをいまいち理解していないが、大局的なものの見方というものを身に付けたいものである。



複雑な分子間相互作用

大気のシミュレーションでは雲の挙動や水蒸気の取り扱いが難しいといわれている。これは当たり前のことで、水分子の挙動はもっとも複雑な分子間相互作用の一つでもあり、今もその解明が盛んに行われている。たとえば、水の挙動を理論的アプローチにより研究をしている日本人に平田文男さんがいる。本来なら、シミュレーションはこのような基礎研究においてこそ活躍すべきである。


観測や実験をないがしろにする温暖化の研究は、軟弱な基盤の上に立つ砂上の楼閣に等しい。日本では大学の独立行政法人化などの影響を受け、企業との共同研究は盛んになったが、その代わり基礎研究は急速に廃れている。応用研究ばかりに夢中になっていると、そのうち、日本の基礎研究はずたずたに破壊されるだろう。いまや基礎研究は大企業の研究室でしかできないとまで言われるような始末だ。



アレニウスの呪縛

哲学者のカール・ポパーは著書「開かれた社会とその敵」の第一部の副タイトルに「プラトンの呪文」と名づけている。古典には学ぶことも多いが、それを鵜呑みにする弊害もまた大きい。


科学の分野でも、古典ともされる人たちの研究を覆すような発表は躊躇したりする傾向にあるのではないだろうか。CO2による温暖化の研究の先駆者にアレニウスがいる。彼の論文は100年以上も前のものだ。


"On the Influence of Carbonic Acid in the Air upon the Temperature of the Ground",Svante Arrhenius, Philosophical Magazine and Journal of Science, 41, 237-276(1896)


ところで、タウンズによりレーザーの原理が提出されたとき、量子力学の大家であるボーアやフォン・ノイマンをして「それは不可能だ」とみなされたらしい(ガウスビームを閉じ込めるには?)。


ボーアやノイマンのような大天才であっても、初めて提出される理論を即座に咀嚼することは難しいようだ。「悪魔の頭脳」「火星人」とも称されたノイマンだが、気象学にコンピュータを持ち込んだ一人でもある。若い学者には過去の権威という悪魔退治を行う義務がある。科学の進歩は常に過去の偉人を乗り越えるところから出発する。道なき道を切り開いた先駆者には敬意を払うべきだが、その道を辿るだけでは何も発見することはできないだろう。



地球温暖化論に潜む歴史法則主義

ちなみに、ポパーの「開かれた社会とその敵」の第二部の副タイトルは「予言の大潮」である。ポパーが指摘した「歴史法則主義の貧困」は、いまや科学の分野でこそ蔓延している。


社会科学は趨勢を科学的な法則と見なす過ちを何度も犯してきた。社会実験の失敗は凄惨な人災となり人々に降りかかってくる。カール・ポパーはそれを「歴史法則主義の貧困」と呼び戒めている。一方、地球温暖化論は自然科学だから未来予測も可能かというと、ことはそう簡単ではない。


確かに、科学は目覚しい進歩を果たしたが、それでもまだ分かっていないことは山ほどある。マルクス主義や近代主義は、進歩主義というドグマにより大失敗を繰り返している。たとえ科学であっても、未来予測はあくまで慎重になされるべきなのは言うまでも無いことだ。進歩主義はいつも人間のおごりと隣りあわせだ。


カルト宗教になった地球温暖化論には、ポパー哲学による解毒が早急に必要ではなかろうか。残念ながら、ポパーの著作はどれも高額であり、一般の人が簡単に手を出せるようにはなっていない。良心的な出版社による文庫版を望みたいものだ。

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