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  • 16Sep

      對「反饋」、「時滯」和「臨界點」的基本認識

      如果上一章節的內容已經令你焦慮不安的話,那麼本章的內容更可能令你噩夢連連。但筆者必須強調,筆者的目的絕非散播恐慌。要對抗災難,我們便必須對災難的性質有正確的認識。「鴕鳥政策」不單於事無補,而且更會減低我們力挽狂瀾的機會。

      首先讓我們看看「反饋」(Feedbacks)的概念。反饋可以分為兩大類:正反饋(Positive Feedback)與負反饋(Negative Feedback)。前者指某一事物的變化會進一步加劇這一變化本身;而後者則指某一事物的變化會反過來抑制這一變化的進一步發展。

      一個很好的例子是在一個酒會中,由於人多而彼此的談話聲浪頗大,為了令對方聽得清楚,我們談話時惟有把聲浪加大,如是者背景的聲浪只會更大,而我們惟有把談話聲浪再加大……。這種聲浪不斷提升的情況我們稱為「正反饋」。好了,如果背景聲浪已令到我們無法好好交談,不少人於是借意把交談結束,結果是酒會的聲浪下降。這種「聲浪上升最後導致聲浪下跌」的情況,便正是一種「負反饋」的現象。

      反饋作用在很多自然界的變化中皆十分重要。大家也許都聽過「風乘火勢、火助風威」這種說法吧。風和火的相互促進便是一種正反饋的現象。但假設烈火把整座樹林燒毀了,大火因為再沒有東西可燒而最終熄滅,這也可被看成為一種負反饋作用的表現。此外,雪崩之中的所謂「滾雪球效應」(Snowball Effect),也顯然是一種正反饋的結果。

      我們往後會看到,全球暖化背後充滿著各種正、負反饋的現象。現在讓我們看看兩個比較簡單的現象︰天氣熱了人們把空調加大,結果是用電更多,燃燒更多化石燃料,從而釋放出更多二氧化碳令天氣變得更熱……。不用說這是一個正反饋作用。可是另一方面,如果溫度升高令海洋面的蒸發量加大,從而增加了大氣中的水汽並導致全球的雲量上升,則入射的太陽輻射會被雲層所反射和遮擋,最後令地球的溫度下降。這種變化便是一個負反饋的現象。

      現在讓我們來看看「時滯」(Time Lag,又稱時滯效應)和「臨界點」(Critical Point,俗稱 Tipping Point)又是甚麼回事。

      讓我們做一個小小的假想實驗。假設在一個寒冷的冬天早上,我們把一塊牛油從冰箱裡拿出來。我們為了令它快點兒溶化,於是把它放到一個平底鐵鍋裡並把鐵鍋放在灶頭上加熱。好了,讓我們選擇最猛的火力。問題是,牛油是否於開火後便立刻溶化呢?

      答案當然是不會。原因是鐵鍋本身也是冷冰冰的,即使有猛火在下面燒,它也要一段時間才會升溫,而升溫後的鐵鍋會把熱量傳給牛油,牛油則會不斷吸熱,然後慢慢升溫。而只有當整塊牛油的溫度高於它的溶點時,牛油才會開始溶化。

      由這個簡單的例子可以看出,事物的變化是需要時間的,而且變化中往往有一些重要的轉捩點,例如上述牛油的溶點便是。這些轉捩點我們統稱為「臨界點」,有時又稱為一項變化中的「閾值」(Threshold)。但在日常用語中,一個更為人熟悉的英文稱謂是 Tipping Point。

      時滯效應主要源自一個系統在面對外來干擾時的各種固有「惰性」(Inertia)。例如鐵達尼號在撞向冰山之前,船員已經發現危險並立刻將船減速和轉向。但海水的巨大阻力令轉向不可能即時發生,而船隻前進中的巨大去勢亦令它無法即時停止。結果是,災難性的碰撞還是發生了……。

      上述的「時滯」主要源自物質在運動期間的「動力惰性」(Dynamic Inertia),而在牛油溶化的例子當中,時滯的來源是物質的「熱力惰性」(Thermal Inertia),更具體的說法是來自物質的「熱容量」(Thermal Capacity)作用。

      至於有關「臨界點」的一些例子,包括地殼中的斷層(Faults)長期受力,最終不堪負荷折斷而導致地震;以及不斷對一個人在語言上作出挑釁,最後導致他作出暴力的行為等等。在西方的諺語中,則有一句頗為生動(雖然有點誇張)的說法:「把駱駝弄垮的最後一根稻草。」(The last straw that break the camel’s back.)。

      無論是反饋作用、時滯效應還是臨界現象,都屬於事物變化中的「非線性現象」(Non-linear Phenomena)。中國諺語中的「差之毫釐、謬之千里」,或是「四両可以撥千斤」的說法,正是這類現象的形象化描述。我們往後將會看到,這類現象在全球暖化中皆扮演著十分重要 —— 以及令人憂慮 —— 的角色。

    Posted by Eddy WC Lee @ 3:37 pm

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