控制天氣有多難？1個方程讓人絕望，2級文明做不到

華箋流香

百家榜創作者,優質科學領域創作者

本文參加百家號 #科學了不起# 系列征文賽。

地球歷史上經曆了5次生物大滅絕：4.4億年前奧陶紀大滅絕， 85%物種消失；3.6億年前泥盆紀大滅絕， 78%海洋生物消失；2.5億年前二疊紀大滅絕，90%物種消失；2億年前三疊紀大滅絕，70%的物種滅絕；1.37億年前白堊紀大滅絕，恐龍被滅絕。

每一次滅絕最直接的原因，就是氣候的變化引起的生物圈的外環境變化。

而且，人類可能正在經曆第6次大滅絕。根據科學家們的統計，從1990年以來，地球上種類最多的動物~昆蟲的數量，以雪崩般的速度下降，目前總數量已經下降了40%。

由此，引起了很多以昆蟲為食的鳥類數量的大幅度下降乃至滅絕消失。

也許，站在這個過程中，並不是每一個人都能夠感覺到危險。只是因為每一個人的壽命都很短，比人類歷史短。

然而，人類的歷史跟地球的歷史相比，也只是一瞬間。

也許人類就處在氣候巨變的懸崖邊，但是我們卻茫然不知。

這種變化到底是由什麼引起的呢？

科學目前給出的大概、可能理由，是溫度變化。溫度改變了大氣的熱對流，引起了天氣和氣候的變化。

天氣和氣候變化，是對人類切身利益最相關的知識，但是人類對於天氣和氣候變化的認識，到現在還是一團迷茫。

因為天氣、氣候的變化是人類物理學裏最難的領域，這涉及到流體最艱深部分，湍流。

》湍流，自然與創造之母！

地球總體環境溫度升高的速度，站在個人的角度，感覺非常緩慢，但是對整個地球環境影響巨大。

前一段時間南通下起了冰雹，武漢刮起了龍卷風，都造成了傷亡。

極端天氣頻發，只是地球整體氣溫升高了1℃而已。

大自然的某個參數只要微調一下，就會引起整個地球氣候的巨大改變。這是大自然讓人類深感畏懼的一面。

大自然中最常見的物理現象：流體以及流體的變化，給人類的物理學出了一個大大的難題。

大氣的運動、海洋的運動，絕大部分都是湍流。

我們看到的所有自然現象，幾乎都是湍流的傑作：海浪、天上的雲彩，山巒與地形的起伏，河流的曲折與蜿蜒。

》湍流，突破人類智商上限的難題。

所謂的湍流，它和層流是相對的，層流是指流態很平穩的一種流體，湍流可以認為是一種亂流。

但是這種亂流也不是完全的無序亂，它在混亂中卻有某種非常清晰和明確的結構。

土星、木星的大氣運動都是湍流，但是卻有很多非常穩定的結構，比如說木星有個大紅斑，土星的極地有一個六角形的風暴漩渦。

這是怎麼形成的，沒有科學家知道 ，這是物理和數學工具無法描述的部分。

愛因斯坦說過：相對論不會，上帝會告訴我。湍流不會，上帝都不會告訴我。

錢學森的老師是馮卡門說：我死了以後見上帝，一定要問問上帝湍流到底是怎麼回事。

但是，人類的天氣預測預報系統，又必須建立在對湍流的分析上。

由於理論的缺陷，中長期天氣預報是一個難題，甚至有些短時的突發性天氣也是無法預測的。

在天氣和氣候的演變上，大自然向人類展示了最深不可測的知識。

前蘇聯著名天文學家卡爾達肖夫，根據人類對於能源的利用程度把文明分成不同的等級，如果達到可控核聚變，人類就會進入一級文明，而這個目標可能會在幾十年之內實現。

一級文明之上是二級文明。根據二級文明的定義，需要最大限度的利用母恒星~太陽的能量。

美國天體物理學家弗裏曼戴森曾經提出過建造半徑2億公里的巨大圓環，環繞太陽周圍，這就是所謂的戴森環。

戴森環的規模感覺是很大，其實只要把水星給拆掉，就能建造10個環繞在太陽軌道上的戴森環。

戴森環的工程量雖然大，但在人類的科學框架中，可以計算、可以規劃。

進入一級文明以後，人類有能力在一兩百年時間裏面建造一個小型的戴森環。

即便如此，人類仍然對天氣、氣候的演變是束手無策的。

可能建造戴森環或者是進入一級文明的緊迫性，是人類潛意識逃離地球惡劣環境變化的某種借口。

我們很難精確計算、解釋現在的氣候變化，到底是由於某種外界環境，比如說太陽輻射或者地球本身演化周期引起的，還是人類自身的二氧化碳排放引起的。

對二氧化碳排放引起的氣候升溫只是人類自己的猜測，當然二氧化碳會引起升溫。

要知道最根本的原因，人類面臨一個無解的數學方程。

這個方程是解開湍流之謎的關鍵。

》這就是，納維斯托克方程。

納維斯托克方程的解，是美國克雷數學研究所懸賞100萬美元，要解決的一個數學難題。

同在懸賞之列的，還有黎曼猜想、哥德巴赫猜想等，但是納維斯托克方程在普通人認知裏確實沒有什麼存在感。

因為這個方程實在是太太太難了，其他的猜想還有人試著去走一遍。而納維斯托克方程，看一眼就讓人放棄。

甚至連搞清楚它的解的分布規律，也是很有意義的，但是目前這仍然是一個未解之謎！

納維斯托克方程是一個偏微分方程組，沒有解析解。

即使是小型的偏微分方程，也讓全世界所有的科學家都撓破了頭。

廣義相對論場方程，是一個相對簡單的偏微分方程，遠遠沒有納維斯托克方程那麼複雜。

徹底搞清楚廣義相對論場方程的解，就能了解黑洞內部的結構，但是到目前為止，仍然有相當一部分未解之謎。

所以我們現在得到的結論就是：控制天氣和氣候，比進入黑洞內部要難。

有沒有感覺膝蓋中了一箭？

》控制天氣、氣候，超出了人類智力範圍。

引用《黃帝內經》裏的一句話：嗚呼遠哉！閔閔乎若視深淵，若迎浮雲，視深淵尚可測，迎浮雲莫知其際。

這句話的意思是說，深淵是可以推測的，但是天上流動變化的風雲是不可測的。

知道控制天氣和氣候方法的文明，只能是洞悉宇宙全部本質的神級文明。