于是在1988年到1989年间,我把自己的这一研究结果写成了《论南极臭氧空洞的形成及其演变趋势预测》一文,并于1990年发表在我国自然科学基础理论研究领域里最具权威性的学术刊物《中国科学》(中、英文)上。在当时,这是第一份反对臭氧洞的形成是由于氟利昂等等制冷剂的原因导致的文章。这是对国际臭氧学界,也包括化学界中一些大人物的挑战。当然,论文发表后立刻遭来很大非议。
1989年,在伦敦召开的保护臭氧层国际大会上,国家派去的中国代表团由总后勤部副部长刘明璞中将带队,我作为该团的科学顾问一同前往。在会议上,我散发了这篇论文的摘要。当时一片声音都是反对,而且各个国家都相继签署了《保护臭氧层维也纳公约》,开始控制氯氟烷烃化学物的使用,比如现在的冰箱已经不使用氟利昂做制冷剂了。
直到现在(2012年)已经二十多年过去了,太阳也经历了两个活动周期。那么南极臭氧空洞的变化如何呢?是否与我的预测相符呢?下面这幅图能很好的说明。
1990年到2008年每年10月份臭氧含量随时间的变化图
这幅图是一位加拿大教授,用卫星观测的南极上空臭氧含量数据绘制出的,并于2009年发表在美国的一本杂志《物理评论通讯》[15]上。该图用的是美国国家航空航天局的TOMS卫星和OMI卫星的资料,观测的是10月份时南纬60度至南纬90度的南极上空臭氧含量平均值。选择10月份是因为臭氧空洞现象在这时最为严重。变化量的计算,是以1992年的该平均值作为基准,算出百分比。其中变化量为正值时,表明臭氧空洞比1992年时小和浅;变化量为负值时,表明臭氧空洞比1992年时大和深。
从图上可以看出:南极臭氧空洞具有很好的准11年变化周期,而且在1991年至1992年变得最小、最浅;随后,到1998年至1999年又达到最大、最深,然后再变小、变浅。这与我在二十多年前写成的《论南极臭氧空洞的形成及其演变趋势预测》一文中所预测的结果是何等相符啊。这也说明了在当时我独此一份的预测是很成功的。亲爱的读者,读到这里时您不觉得很神奇吗?这也印证了一句名言:“真理往往掌握在少数人手中。”事实上,这是科学的胜利,是科学思维的胜利,我感到高兴。这里也顺便指出,世界上大多数权威对南极臭氧空洞的预测是:在20世纪80年代中期以后,该洞仍然有加大、加深的趋势。但是他们都说错了。虽然我的这一研究结果——“自然说”,目前还未得到公认,那就再等等,让事实进一步说话吧。
第二件,对南极臭氧空洞成因的研究,挑战诸多国际级权威
至此,我本人亲身经历的、具有挑战世界级权威的两件工作中,第一件获得了举世公认,完全成功;第二件也得到了事实的印证,相当成功。那么这也可以有力地佐证作者在科学上的大创新能力,我希望它们,能在大家讨论“斥力论”时为我加分。
第一个证明:太阳风的密度和速度的空间分布
那么如何证明“斥力论”的正确性呢?下面我首先用本章第一节所述的第一种方式,并以开篇介绍的3个自然现象为例,来比较“斥力公式”计算出的理论结果与实测数据,以此来证明“斥力论”的正确性。
我们先从太阳风的密度和速度的空间分布来入手。选择这两项是因为目前已经有了相关的、比较完备的观测数据。也就是说距离太阳多少半径的距离时,太阳风的密度和速度分别是多少,已经可以绘制出相关的空间分布曲线。因此只需要根据第一章给出的“斥力公式”来计算出理论数值,再和观测数据作比较即可。
因为数学和计算的过程比较复杂,这里就不赘述,而只给出结果。在太阳的宁静期时,我计算出理论上的太阳风密度和速度的空间分布和实测结果的比较如下两图。
太阳风密度的空间分布计算值与实测结果的比较(R⊙表示太阳直径)
太阳风速度空间分布理论结果与实测结果的比较(R⊙表示太阳直径)
从以上两图中可以看到,无论是密度分布还是速度分布,两条曲线都是非常相符的。而且计算出的地球轨道附近的太阳风密度与速度,与观测结果也是很符合的:太阳风的密度理论值约为每立方厘米内20个粒子左右,而观测的平均值为每立方厘米内10个粒子左右。对太阳风速而言,观测的太阳风速约为500千米每秒,而理论值为大约580千米每秒。同时在太阳风远离太阳后的速度理论上是一个常数,这一方面和观测事实也是完全相符的。
这种符合是不是一个偶然呢?肯定不是。试想想看,在“斥力公式”中的变量,即公式中的积分部分,就其数量级来说,它可以由无穷大变到无穷小,那么如果只靠猜想和碰运气,要想得到合适的数值,其概率基本是零。而且太阳风密度和速度的空间分布规律的理论值和观测值完全相符,也就是分布规律的相符,靠猜想和碰运气更是绝对做不到的。因此证明了“斥力论”是正确的。
等离子体为什么能够克服太阳的引力?根据“斥力公式”可以计算出在太阳表面,太阳的光斥力对质子的加速度是2.99×(10的4次方)厘米每二次方秒。而太阳自身对质子的引力加速度是2.73×104厘米每二次方秒。所以这样看起来,太阳风的形成是必然的,因为太阳的光斥力加速度大于太阳的引力加速度,粒子必然会被这种“斥力”从太阳推走。因此就必定会形成太阳风。这也从根本上说明太阳风的形成机制。
以上,我们以第一种方式证明了“斥力论”的正确性。
第二个证明:使高层大气升温的能源
再来看第二个现象:高层大气被加热的机制。在距地球表面300千米以上外层大气的温度仍然是上升的,而且随着高度的增加可以上升到上万摄氏度。
经过科学家认证,300千米以上的高层大气不可能有吸收现象,不管是短波辐射还是长波辐射都不可能吸收。而且他们还证明,中低纬度地区,在那样的高层,太阳风也不可能成为升温的能源。根据物理学的原理,温度只能从高往低传,不可能从低往高传。那这部分能量是从哪里来的?而且为什么会有昼夜变化?利用“斥力论”我们可以解释这个问题。
高层大气都是等离子体,最上层是完全电离了的,随着高度的降低电离的程度会逐渐减小。那么如果我们承认了光对空间自由带电粒子有斥力,在白天的时候太阳光照射到高层大气,就会使得粒子有动量,也就是说给了它能量。粒子得到能量后就会相互碰撞并迅速传开,使得能量从光转换成大气本身的热能。实际上温度的高低就表示它动能的大小。
利用热传导理论及“斥力公式”可以定量地计算出大气中的粒子得到了多少能量。在这里我们也省去了繁复的数学推导和计算过程。如下表中给出的是距离地面300千米以上,地球大气温度向上增加的梯度,其单位K/km的意思是指高度每上升1千米,温度随之上升的变化量是多少开尔文[16]。理论的计算结果与观测到的数据对比如下表。
高层大气垂直梯度随高度的分布计算值与观测值的比较