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学习实践“不确定性中的确定生活” 精选

已有 7184 次阅读 2014-3-16 22:12 |个人分类:心得交流|系统分类:科普集锦

学习·实践不确定中的确定生活

在德国物理学家海森堡不等式△Q×△P≥h/4π中,△Q为测量宇宙中任何一个粒子的初始位置误差,△P为测量宇宙中任何一个粒子的初始动量误差;上述两个物理量的乘积大于或等于一个常数(h/4π)。

海森堡不等式认为,如果知道宇宙中任何一个粒子的初始位置和初始运动状态,要想知道这个粒子的未来位置和运动状态,其结果是不确定的。

因为,如果要把测量该粒子的初始位置误差很小,其初始动量的测量误差就很大;反之亦然。也就是说,宇宙中的任何一个粒子的初始位置和初始动量不可能同时精确测定,因而这个粒子的未来位置和运动状态都是不确定的。

现代气候学认为,当今应用数学物理方法来预测未来气候也是不确定的。我国知名大气科学家叶笃正先生曾经指出,应用数学物理方法来预测未来气候,由于三个原因,目前还是不确定的。第一,由于数学本身的混沌性;第二,由于科学家对于地球上的五大气候系统本身以及五大气候系统之间的相互作用认识非常浅薄;第三,科学家们初步知道,人类活动对于气候变化有影响,但是,如何影响、影响程度多大等仍然还不清楚。

由上可见,宇宙中如何一个粒子的未来状态是不确定的,未来气候预测也是不确定的。

面对这些“未来不确定”,我们应该如何对待呢?

英国哲学家罗素说:“哲学探索的意义不在于对这个不确定的世界给出最终确定的答案,而在于使我们在不确定性中确定地生活。”

如何才能够在不确定中确定地生活呢?

这是值得我们认真思考的重要问题,也是我愿意与朋友们探讨的问题。

先举例说明。

自从1991年以来,我曾经先后近10余次去北极科学考察,由于科学研究的需要,一直非常关心北极气候环境变化。自2007年以来,我又多次带领北京高中生去北极科学普及考察,认真观测拍摄北极熊的生活变化。当我把北极气候环境变化与北极熊生活状态变化联系思考时,似乎给了我一点点启示。

如图1,自1979年有卫星观测的北极地区浮冰面积变化资料以来,北极地区的环境变化一目了然。

北极海冰平均厚度大幅削减,2013年北极海冰范围为历史第六低

图1 1979~2013年7月北极浮冰面积距平变化(美国国家冰雪资料中心)

 

根据图1,我们不难看出,夏季(7月),北极浮冰面积逐年变化趋势总的是波浪式地逐渐减小。在最近十年(2004~2013)中,北极浮冰面积达到最小值,这十年浮冰面积平均值约为850万平方千米,与历史上北极浮冰面积最大的1984年相比仅约百分之七十七,而历史最低值的2011年仅为过去最高值的百分之七十二。

显然,在20世纪70年代以后,由于北极地区气候变暖,北极浮冰面积相应日益减小。北极地区这种气候环境变化给北极熊的生活与生存带来了非常不利的条件。一方面使得幼年北极海豹的生存受到威胁,因为幼年的北极海豹很难在浮冰之间距离大的海域从一块浮冰游到另一块浮冰,往往容易被海水淹死。这样,因为气候变暖带来的浮冰面积减小使得北极幼年海豹的生存受到了威胁,北极海豹数量减小。另一方面,几乎主要依赖于在浮冰上捕食海豹的北极熊在浮冰上捕食海豹的机会越来越减小。北极熊的生存一度受到了严重的威胁。

另外,更主要的原因是,由于诸如加拿大、日本等国在相当长的时间内无限制地捕杀北极海豹,使得北极海豹急剧减少,北极熊捕食海豹的可能性越来越小。

显然,由于北极气候环境的变化和人为捕杀北极海豹两个原因加剧了北极熊生存的威胁。

根据统计,在1890年至1935年间,仅仅哈德逊湾地区,就有15500张北极熊皮被交易。到1960年,年平均猎杀北极熊数量达到700头,这个数字到1970年已达到1400头。

到了20世纪70年代早期,世界范围内的北极熊数量一度减少到10000~15000头。这一情况引起了当时北极熊活动范围国家的警示。加拿大、丹麦、挪威、美国以及苏联共同签署了北极熊保护协议。直到21世纪10年代末,北极熊的数量才逐渐回升到20000~25000头。

在20世纪末和21世纪初,北欧各国更关注北极熊的生存,纷纷发起保护北极熊的活动。例如,2004年4月,我应邀参加了中国与挪威政府在北京举行了关注北极气候环境变化的研讨会。讨论会上,科学家们以科学考察研究的数据和生动的图片展示了北极熊生存受到的威胁,其中,挪威政府的一幅宣传照片引起了与会者的极大关注。一头孤独的北极熊趴在一块孤独的冰柱上向人们露出了恳求的目光(照片1),正是表达了人们希望保护北极环境、保护北极熊的期望。

照片1.挪威政府号召世界人们关注北极熊生存环境的宣传照片

 

由上可见,北极熊的兴衰除了与北极气候环境变化有关外,人类是否捕杀北极海豹显得更为重要。

另外,自2007年以来,几乎每年都带领北京的高中生去进行北极科学普及考察。在我们进行科学普及考察中,主要考察路线是围绕北极斯瓦尔巴群岛考察(图3)。

我们科学普及考察中的所见所闻,生动地展示了北极熊“适者生存”的动人故事。

调整大小 图片1

图2.围绕北极斯瓦尔巴群岛科学普及考察路线示意图

 

我们发现,一些善于适应环境变化的北极熊改变祖祖辈辈捕食海豹的习惯,改行捕食鱼类、海带、鸟蛋,甚至尝试吃青草,求得了生存和发展。

目睹北极熊捕鱼记

2010年7月23日下午,我们在北极斯匹兹卑尔根(Spitsbergen)岛的西北海岸线北纬79度48.9分附近,亲眼目睹了北极熊改行捕食鱼的过程。

在短短的两个小时内,我们先后目睹了四头北极熊捕食鱼的过程。其中,有两头雌性北极熊捕食鱼的过程不仅有趣,而且很感人。

在这两头雌性北极熊中,一头有一个熊宝宝,她当然可以被称为“熊妈妈”,另外一头雌性北极熊没有小宝宝,我们暂起称她为“熊姐姐”。

当熊姐姐捕鱼的时候,海鸥们毫不客气地与熊姐姐抢食,没有谁站出来帮助她,熊姐姐捕鱼非常困难。而当熊妈妈捕鱼的时候,熊姐姐总是守候在旁边关注,并大公无私地帮助熊妈妈驱赶抢食的海鸥,以保障熊妈妈顺利地捕食鱼后再喂养自己的孩子。

请看,熊姐姐刚刚下水,还没有开始捕鱼,两只北极海鸥飞近熊姐姐,把嘴伸到熊姐姐嘴边,好像是在与熊姐姐谈判:“抓到鱼大家有份”(照片2)。啊!熊姐姐抓到鱼了,一群海鸥飞过来抢食,无奈的她只好抓紧吞食(照片3)。

熊姐姐又抓到了一头大鱼,准备上岸吞食,然而,海鸥们轮流追过来抢食,熊姐姐为了躲避海鸥的进攻只好用嘴叼着自己捕获的大鱼,向着海岸逃去(照片4)。

照片2.熊姐姐刚刚下水,海鸥飞近北极熊大嘴好像说“抓住鱼大家有份”

照片3.熊姐姐抓到鱼海鸥扑来抢食

照片4.熊姐姐口含鱼上岸海鸥有追来抢食

熊姐姐吃饱上岸了。一只在山坡上休息的熊妈妈带着孩子向着熊姐姐这边走来了,它们在岸边相会(照片5)。奇怪!不知熊姐姐给熊妈妈说了什么,熊妈妈突然来了一个“急刹车”,紧紧跟在熊妈妈后面小宝宝一不小心钻到熊妈妈屁股下面了(照片6),宝宝好像在问:“妈妈,怎么啦”。

原来,熊姐姐建议熊妈妈改道前面不远处下水捕鱼(照片7)。

 为了孩子,熊妈妈施展浑身本事,高高跃起后一个倒栽葱潜入水中捕鱼(照片8)。

照片5.熊姐姐吃饱上岸熊妈妈带着熊宝宝来岸边捕鱼

照片6.熊妈妈突然止步熊宝宝钻入了熊妈妈屁股下面

照片7.熊妈妈告诉熊宝宝要改变下水捕鱼的地方

照片8.熊妈妈一个倒栽葱潜入水中捕鱼

照片9.熊妈妈刚刚捕到鱼海鸥群起抢食

 

熊妈妈抓到鱼了,海鸥围攻上来了(照片9)。姐姐熊赶紧爬上去保护,轰走了刚才气焰嚣张的海鸥(照片10)。正在熊妈妈吞食鱼的时候,海鸥又攻上来了,熊姐姐立刻再向上攀登,用身体保护熊妈妈安全地进食(照片11)。

熊妈妈吃饱了,还得口含大鱼喂养自己的熊宝宝(照片12)。

 

照片10.熊姐姐义愤填膺立刻趴上去驱赶海鸥

照片11.还有海鸥抢食熊姐姐再向上攀登用身体保护熊妈妈吃鱼

照片12.熊妈妈吃饱后再含鱼喂养熊宝宝

 

此情此景,令我万分感动:聪明的北极熊面对北极环境变化,改变自己历来捕食海豹的习惯,尝试捕食鱼,求得生存;另外北极熊之间互相帮助的亲情淋漓尽致地展现在我们人类面前!

吞食海带也有情

2011年夏天,当我带着北京高中生再来到北极斯瓦尔巴德群岛时,我们惊奇地发现,北极熊吃海带了。

那是7月18日上午,我们分乘12只橡皮艇,登上一个名叫“Smeerinburg的岛,正在参观过去北欧各国探险家炼鲸油的遗址。

正当领队的探险家在介绍这个炼鲸油遗址情况的时候,突然接到考察船上探险队长通知,发现一头北极熊正向我们的地方走过来,命令大家马上撤离,登上橡皮艇,到海湾中观察拍照北极熊。

面临北极熊的可能威胁,我们很快撤离,登上了各自所在的橡皮艇,开到离北极熊尽可能近的地方拍照(照片13)。

这是一头公熊,其特殊之处在于,当他离开我们游到对岸的时候,它发现那里的岸边生长着一大片海带,立刻在岸边大口地吞食海带(照片14)。有趣的是,当这头北极熊发现我们时,停止吞食海带,抬起头,用它大大的双眼直愣愣地望着我们(照片15),似乎在向我们倾述“我已经改行吃海带啦”。

看来,面临气候变暖情况,北极熊除了有的改行捕鱼外,吃点海带填补一点食品,也是一条北极熊适应气候环境变化之路啊!

照片13.我们登上橡皮艇开动经历靠近北极熊观看

照片14.一头肥大的北极熊在海岸边捞食海带

 

照片15.北极熊抬其头口含海带凝望着我们

鸟蛋更有营养

2012年夏天,当我们再一次来到斯瓦尔巴群岛考察时,我们惊奇地看到了北极熊宝宝在熊妈妈带领下捕食鸟蛋的有趣故事。

那是7月15日,阴有雾。我们在斯瓦尔巴群岛北侧海域考察。上午,我们乘坐橡皮艇围绕“NowIsland观察。据船上探险家介绍,该岛上有鸟,也有几头北极熊生活在那里。

突然,一头北极熊妈妈带领她的熊宝宝向我所乘坐的橡皮艇走来。我举起相机,紧紧跟踪拍照。我发现熊妈妈伸出舌头四处寻找食物(照片16)。奇怪!熊妈妈在尿尿时,还把她的宝宝紧紧贴在身边,好像是怕宝宝受到意外的伤害(照片17)。

“真是情深深的母爱啊”我感叹。

在熊妈妈的帮助下,宝宝也找到了一枚鸟蛋,正准备吞食(照片18)。

照片16.熊妈妈带着宝宝学习捕食

照片17.熊妈妈时时刻刻都在保护自己的宝宝

 

照片18.在熊妈妈指导下熊宝宝也捕食到鸟蛋

尝试青草的滋味

2013年7月31日,我们乘橡皮艇在北纬79度55.6分,东经16度44.9分的一座鸟岛下观察、拍照。这个鸟岛上有数十万只鸟,都居住在最陡峭的悬崖上(照片19)。正当我们专注地拍照鸟儿们时,一头肥大的北极熊悄悄地爬上了悬崖的上端,企图觅食鸟蛋或小鸟(照片20)。然而,北极熊根本够不着它们,只好很不情愿地在旁边的绿油油的草地上学吃草(照片21)。也许是北极熊慢慢尝试到了青草的美味了吧,在我们观察的近半小时的时间内,北极熊几乎一直断断续续地专注地吃草,然而,刚刚开始学习吃草的北极熊好不容易才从草地上拔出几根小草含在嘴中,显然与牛吃草的水平相比还有很大的差距啊(照片22)。

 

照片19.我们来到鸟岛下参观

照片20.一头北极熊偷偷接近群鸟的居住地想捕食鸟

照片21.北极熊无法捕食鸟只好无奈地尝试吃草

照片22.北极熊虽然尝试吃草但收效甚微

精细节约地吞食海豹

2013年7月30日,我们乘船在斯瓦尔巴群岛东北部的浮冰区科普考察,大约在北纬81度1.7分、东经21度53.5分附近,我们先后拍照到了两头北极熊精细节约地吞食海豹的照片。

当地时间9点3分开始,一头北极熊正在吃海豹肉,但已经是余下的骨头了。尽管如此,北极熊仍然吃得津津有味,叼起一根骨头似乎还在品味(照片23)。至少显得怡然自得。一只雪白的小鸟一直等待在旁边(照片24),直到21分钟以后,即9点24分钟,北极熊才离开,雪白的小鸟才有机会分得残羹剩饭。

当地时间15点17分,在另一片浮冰上,一头肥大的北极熊正在吞食几乎只剩下骨头的海豹,寻寻觅觅中从海豹的骨头缝隙中拉出一条细细的肠子来,两三只海鸥紧紧地等待在旁边,直到15点58分后,北极熊才离开,海鸥们赶紧围过来分而食之(照片25)。

这与20世纪90年代相比,情况迥然不同。那时,北极熊捕食海豹往往挑选含油量大的部位吞食,至于其他骨头和脚趾就不再吞食了(照片26)。

照片23.“海豹不易捕食,可得要节约吃啊!”北极熊想

照片24.“海豹肉吃完了,肠子也可以吃啊!”这头海豹同感

照片25.“北极熊走了,该轮到我们吃了”海鸥说

照片26.20多年前的北极熊尽挑海豹的肥肉吃

潇洒悠闲地生活情趣

2013年7月30日,12点36分,一只肥大的北极熊正在浮冰上酣睡(照片27)。我们在考察船上观赏,北极熊懒懒散散地起床,先打哈欠(照片28)逍遥自在地在冰雪上翻滚(照片29),直到12点40分后才慢慢起床,缓慢地向我们的考察船靠近,在一片浮冰边缘停下来,在北冰洋中留下自己的倒影(照片30),算是接待了我们。然后,北极熊又缓慢地返回(照片31)。当她返回原来的地方时,倒下便睡(照片32),睡前又在冰雪上一阵翻滚,在她这次翻滚中,我们才辨别出她原来是“北极熊公主”(照片33)。

 

照片27.一头北极熊安详地躺在浮冰上睡觉

照片28.十多分钟后北极熊醒了不断地打哈欠

照片29.然后在浮冰上连续打滚,好潇洒!

 

照片30.三分钟后北极熊走近我们的考察船

照片31.三分钟后北极熊立刻我们回到原来的浮冰上

照片32.北极熊回到自己原来的浮冰上倒头就睡

 

照片33.北极熊一翻跟斗,露出了“公主”的原型

反思与回味

从2010年到2013年夏天,我们在环绕北极斯瓦尔巴群岛科普考察过程中,先后目睹了北极熊捕鱼、吃海带、鸟蛋和尝试吃青草的有趣场面,又在今年的科普考察中,多次看到北极熊精细地、节约地吃很难抓到的海豹,令我万分感动:一是北极熊面对北极浮冰面积不断减小,面对北极海豹很难捕食的环境变化,敢于改变自己传统捕食海豹的习惯,学会了捕鱼、吃海带、鸟蛋和尝试吃青草为生,二是北极熊精细地、节约地吞食海豹过程。显而易见,北极熊面对未来不确定的气候环境,正在尽可能地适应北极气候环境变化,践行“不确定这的确定生活”方式,求得了生存和繁衍。

值得回味的是,从2013年夏天我们多次看到北极熊潇潇洒洒、悠闲自得的生活情景,不得不让我们深思:面临全球气候环境变化,人类除了要反思自我、约束自我行为外,为什么不能够学习北极熊积极乐观地生活作风呢?为什么不能够在未来不确定的条件下尽可能地适应气候环境变化,尽可能地确定地生活呢?

正如伟大生物学家查尔斯·达尔文所说:“能够生存下来的物种,并不是那些最强壮的,也不是那些最聪明的,而是那些对变化做出快速反应的。”这种对未来气候环境变化的不确定性所做出的快速反应,应该算是“学习实践不确定中的确定生活”吧!

也许,面对未来不确定的气候环境变化,人们在尽可能地去了解认识气候环境变化规律的同时,应该尽可能地认识了解自己,在自己与自然环境之间求得一个更恰当的结合点,也就是说,尽可能地“知天知己”,尽可能地在不确定性中确定地生活。




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