點教育》科學家好「奇」?他們好「理」!

2024-02-26 05:50

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筆者認為我國的科學教育是應該從根本檢討!(美聯社)

筆者認為我國的科學教育是應該從根本檢討!(美聯社)

常言總說科學家好奇,因而科學教育的要旨在於激發青少年的「好奇心」。這樣的說法對嗎?且先舉幾則科學史上著名的例子檢視一番。

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話說1665-1666年間,牛頓因躲避瘟疫回到家鄉。他坐在蘋果樹下,想到蘋果因重力下落,卻不解何以天上的月球卻不下落這一「奇」。經過一番探究終於想通,他說:月球其實也受到重力,也在下落;但因月球在繞地球作圓周運動,所以儘管持續下落,卻落不到地面。又因月球遠,下落的加速度比地面小約3,600倍,於是發展出「萬有重力」理論——重力大小與距離平方成反比。

換言之,牛頓當時提出了一套理論,將天上月球的運動與地上蘋果的運動一併解釋清楚了。之前的「奇」就化為不奇了。

再舉一例:天王星是在1781年發現的。其後的精密觀測發現天王星的橢圓軌道有異常;到1845年,年輕的亞當思(John Couch Adams)認為很可能是受到天王星外另一行星的干擾,從而推算出該未知行星的軌道、質量與當時的位置。然而格林威治天文臺未予置信,該說法乃石沉大海。

但同時期法國數學家勒威耶(Urbain Le Verrier)也算出相近的結果,請求柏林天文臺觀測。到1846年,柏林天文臺果然發現,在所預測的位置還有顆黯淡的行星;海王星就是這樣發現的。這一發現可說是牛頓力學的大成功,於是天王星軌道的「奇」也就不奇了。

不久(1854年),勒威耶被任命為巴黎天文臺的臺長。到1859年,勒威耶發現水星近日點的前移(歲差),比根據牛頓力學算得的值,每世紀快38弧秒(1882年新計算修正為43弧秒)。[1]他猜測可能是還有一顆比水星更靠近太陽的行星所致;但經過多年辛勤搜尋,竟一無所獲。天文學界曾為此「奇」抓狂!直到1915年,愛因斯坦的廣義相對論以時空彎曲的新理論取代牛頓的重力理論,所算出的結果剛好就是比牛頓理論多出42.7   43弧秒!

換言之,廣義相對論又成功地化奇為正了!在廣義相對論裡,時空的彎曲決定於能量與動量的分布,反過來又決定物質的運動。這與牛頓力學裡,物質是在平坦的時空中運行,大異其趣。

「奇」的字義是異常、特別,與「正」或「常」相反。古人說的「嗜奇愛博」、「奇技淫巧」,清朝皇室喜愛西方的「奇器」,其中的「奇」都是這意思。但其實科學家並不喜歡「奇」,他們努力從異中求同,從變裡探常,納「奇」以致「正」;期望從世界的紛繁中整理出規律與原理。他們所研究的事象必須是可重覆出現;至於零星的奇特怪異,則暫時存而不論,以俟日後釐清。

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