[Перевод] Глобальное потепление: как работает наука

Наука – это факты. Дома делают из камня, а науку – из фактов. Но куча камней – это не дом, и куча фактов – это не обязательно наука.
— Жюль Анри Пуанкаре

С чем большей высоты вы упадёте, тем быстрее вы будете двигаться в момент встречи с землёй.

Это кажется весьма очевидным. Это понятно интуитивно, на основании полученного вами опыта. Если уронить яйцо с достаточно большой высоты, оно разобьётся.

И если с трамплина прыгать не так страшно, прыжок с большей высоты уже может начать вас волновать.

Даже если вы никогда этого не делали, вы предполагаете, что, прыгнув с достаточно большой высоты, в конце прыжка вы можете разбиться. Так как вы можете узнать, безопасно это или нет? Слишком ли вы высоко для того, чтобы прыгать?

Хотите – верьте, хотите – нет, но именно из этого и состоит наука, и именно так мы становимся учёными.

Нам внушают один большой миф насчёт научного метода, будто существует один неизменный способ заниматься наукой. Если убрать всю претенциозность, окажется, что наука – это способ разбираться в окружающем мире.

Если случится это, тогда что случится далее? Вы не сидите, сложа руки, напыщенно рассуждая о своих мыслях по этому поводу – вы идёте и проводите расследование. Вы ведёте наблюдения, делаете измерения всех тех вещей, что случаются в разных условиях.

Возможно, вы узнаете, что существуют такие высоты, с которых нельзя спрыгнуть безопасно, и даже сможете обозначить их количественно. И когда вы удовлетворены вашими находками, вы можете собрать все полученные знания вместе, и сказать что-нибудь умное и информированное, типа:

С чем большей высоты вы падаете, тем быстрее вы будете двигаться при встрече с землёй.

И это утверждение собирает все ваши расследования, наблюдения, измерения и опыт вместе, и описывает не только полученный вами опыт, но и экстраполирует его на более общий случай, позволяя вам делать предсказания того, что случится в тех случаях, которые вы ещё не пробовали пережить.

Достигнув этой точки, вы окажетесь на старте того, что можно назвать научной теорией. Вы можете начать делать предсказания, если настроите систему определённым образом. Если происходит то, что предсказывала ваша теория, это подтверждает её. Но у всякой теории есть ограничения, точка, где она перестаёт работать.

В нашем примере теория перестаёт работать, когда объект достигает установившейся скорости, когда сила сопротивления воздуха сравнивается с силой гравитации, ускоряющей падение. В этот момент высота, с которой вы упали, уже не важна – быстрее вы падать не будете.

Но наука, конечно, может больше. Вместо качественного утверждения, приведённого выше, мы можем определить, на основании точного определения всех взаимодействующих сил (включая гравитацию, сопротивление воздуха, скорость ветра, и т.п.), как быстро и в каком направлении падающий объект будет двигаться в любой момент времени. Количественно.

И проверяя эту теорию каждый раз в новых условиях и при новых обстоятельствах, мы либо получаем подтверждение, что лучшая наша теория справляется с новыми условиями, или обнаруживаем, что теория описывает не всё.

И большую часть истории человечества наука продвигалась невероятно медленно.

Магнетизм был впервые открыт в XIII веке (его открыл Пьер Пелерен де Марикур), но лишь в XIX веке была понята его связь с электричеством и электрическим зарядом, а успешное описание квантовой механики, обуславливающей магнетизм, было сделано сравнительно недавно.

Последующие открытия не отменяли ранние теории, они просто открывали ограничения ранних идей и шли за их пределы.

Биология не началась с открытия фундаментального источника генетического кода. До того, как стали известны структура и работа ДНК, учёные уже многое знали о генетике и наследственности. Если мы скрещивали определённые существа с определёнными характеристиками, мы давно уже могли предсказывать характеристики, которыми будет обладать их отпрыск.

А до понимания генетики – механизмов наследования – мы могли определить, что свойства живых существ со временем меняются, включая и основной механизм этого изменения.

И ещё до того, как дарвинизм стал ведущей научной теорией, люди занимались животноводством для получения нужных характеристик в течение 10 000 лет.

Конечно, сегодня науке известно уже слишком много для того, чтобы один человек смог стать экспертом по всем вопросам всех наук. Поэтому у нас есть научные эксперты, знающие важные детали своих областей. Альтернативная теория эволюции должна не только объяснить всё то, что объясняет теория эволюции, но и включать генетику, ДНК и всё остальное, что было построено на эволюции.

То же касается и Вселенной.

В какой-то момент в прошлом теория Большого взрыва была даже не лидирующей теорией о первых этапах развития Вселенной. Но появились наблюдения – реликтового излучения, эволюции галактик, изначального обилия элементов – и альтернативы отпали, не способные продолжать. Сегодня модель Большого взрыва предсказывает различные явления – гравитационное линзирование, крупномасштабные космические структуры, флюктуации в микроволновом фоновом излучении, и т.п. – и все они отлично соответствуют наблюдениям, в отличие от любых альтернатив.

Достичь научного консенсуса по любой проблеме очень сложно, поскольку доказательства должны быть весьма убедительными. Если существует несколько разумных объяснений, соответствующих полученным данным хотя бы с некоей погрешностью, консенсуса не достичь.

Мы скептики. Мы не верим объяснениям, просто звучащим правдоподобно. Мы наблюдаем. Мы подсчитываем. Мы предсказываем. Мы проверяем и изменяем наши теории. Мы тестируем их границы и идём дальше. Мы требуем повторения экспериментов и количественной точности предсказаний теории.

Но если все альтернативы оказываются гораздо хуже – как в случае эволюции и Большого взрыва – вы увидите, что более 95% специалистов в этой области согласятся. А когда эти факты представляют собой угрозу общественному здоровью и безопасности, это очень важно.

Вы не умрёте, если не поверите в Большой взрыв. Вы просто будете неправы, и у вас не будет глубокого и основательного понимания ваших истоков и существования. Вы свободны выбирать, разумеется. Но если вы решите попробовать на вкус ртуть или свинец, выкуривать упаковку сигарет в день, дышать сильно загрязнённым воздухом или проглотить небольшое количество полония, последствия будут куда как более серьёзными. То же верно и для Земли.

Учёные, изучающие глобальное потепление и изменение климата, достигли консенсуса. Я встречал много скептицизма, и хотя я с удовольствием описывал те детали, в которых я разбираюсь, я не климатолог, и не могу быть тем экспертом, который доказывает мотивированность теории. Мне приходится верить экспертам и достигнутому ими консенсусу.

У этого консенсуса четырех простых компоненты:

1. Земля нагревается и это нагревание ускоряется.
2. Нагревание в основном вызвано человеческой деятельностью, характеризующейся выбросом парниковых газов.
3. Если выброс газов продолжится, продолжит и подниматься температура. В результате растают ледяные шапки, повысится уровень моря, и климат многих регионов кардинально поменяется.
4. Всех этих возможностей – и сопутствующих им стихийных бедствий – нужно избежать, ибо они вредны и опасны.

По первым трём пунктам консенсус очень твёрд (соответствует упомянутым мной 95%), и хотя я не слышал, чтобы кто-либо значимый возражал против четвёртого пункта, возможно, что есть и такие мнения.

Против второго и третьего пункта очень трудно возражать с научных позиций, поскольку люди уже выбросили более триллиона тонн парниковых газов, что привело к увеличению температуры точно так же, как приведёт к увеличению вашей температуры завёртывание в одеяла. Физика настолько ясна и проста, что – за исключением задачи количественного моделирования пределов увеличения температуры – не остаётся места для дискуссий.

Поэтому скептически относящиеся к изменению климата личности сфокусировались на первом пункте: они пытаются отрицать повышение температуры Земли и её ускорение. Ричард Мюллер [Richard Mueller], известный скептик, призвал измерить и тщательно изучить предыдущие измерения глобальной средней температуры, и проверить, насколько мы должны быть уверены в заявлениях NOAA, NASA GISS и других источников, что температура Земли повышается. Что в результате?

Объединённая база данных по температурным данным содержит 1,6 миллиарда записей, доступных на сайте www.BerkeleyEarth.org. Там же можно почитать работы и проверить их результаты. Как можно видеть, они с большой точностью подтверждают результаты предыдущих работ, показывая, что за последние 60 лет температура в среднем выросла на 1 градус Цельсия, и что за последние 30 лет скорость роста увеличивается.

Про итоговый отчёт Мюллер написал так:

Больше всего нас удивило то, что новые результаты так хорошо совпали со значениями, опубликованными ранее другими командами из США и Британии. Это подтверждает, что эти исследования проводились тщательно, и что возможные отклонения, увиденные скептиками, не влияют на выводы работы.

Многие другие также высказались по поводу этого исследования, и их тоже можно почитать:

• blogs.discovermagazine.com/badastronomy/2011/10/21/new-independent-climate-study-confirms-global-warming-is-real
• dotearth.blogs.nytimes.com/2011/10/20/skeptic-talking-point-melts-away-as-an-inconvenient-physicist-confirms-warming
• scienceblogs.com/classm/2011/10/best_paper_in_urban_heat_islan.php
• www.huffingtonpost.com/kelly-rigg/the-war-against-climate-s_b_1027644.html
• arstechnica.com/science/news/2011/10/climate-skeptics-perform-independent-analysis-finally-convinced-earth-is-getting-warmer.ars
• news.discovery.com/earth/skeptic-led-study-ends-up-supporting-global-warming-evidence-111024.html?fb_ref=fb2&fb_source=home_oneline
• scienceblogs.com/deltoid/2011/10/the_berkeley_earth_surface_tem.php?utm_source=mostactive&utm_medium=link

На видео можно очень детально посмотреть, как именно температура менялась со временем по всем наблюдаемым регионам Земли.

Наука не врёт. Учёный не должен быть настолько надменным, чтобы считать, что он единственный может сделать вывод из информации. Я – учёный, но я не единственный хороший учёный. Измерения хорошие, доказательства чёткие, физика простая. Если только не появятся новые экстраординарные доказательства, я не могу придумать причины, по которой достигнутый научный консенсус нельзя принять к рассмотрению во всём мире и использовать для защиты нашего величайшего природного ресурса: Земли.

Хотя уже бывали случаи, когда учёные оказывались неправы, наука – это лучший, а возможно и единственный способ разбираться при помощи физики в происходящем в мире и Вселенной вокруг нас. Так что, сделайте что-нибудь по этому поводу – это и ваш мир тоже!