【大宇宙小故事】35 雞蛋與剃刀
撰文｜葉李華
在《新世界的歷史》(1565)這本義大利文著作中，有一則關於哥倫布的軼事，大意如下：在一個宴會上，許多西班牙貴族圍著哥倫布聊天，話題可想而知是新大陸。其中一位貴族說：「我國人才濟濟，即使你沒發現新大陸，遲早也會有人完成這項壯舉。」哥倫布不置可否，轉身叫僕人拿個生雞蛋來，然後對眾人說：「我能徒手豎起這顆蛋，你們有誰做得到？」大家試了試，果然沒有人成功(或許那天不是端午節？)。等到雞蛋傳回哥倫布手上，他立刻將蛋頭敲破一點，然後露出詭異的笑容。這時大家才恍然大悟：有些看似無解的問題，一旦答案揭曉，模仿起來其實非常容易！
這個真實性可疑的故事流傳甚廣，聽過的人想必不在少數。如今，它又經常出現在創意課程教材中，用以闡明「知難行易」這個道理。
相較之下，科普文獻似乎很少提到這個故事，這有點可惜，因為它很適合用來突顯一個事實：某些發明或發現在現代人看來稀鬆平常，以致我們很難想像，當它剛出現的時候，曾經造成多麼大的震撼！
電磁學中的「奧斯特實驗」就是這類例子的經典。
我們在〈統一與獨立〉這篇文章中曾經特別強調，十八世紀末，科學界的主流觀點仍是認為電與磁沒有實質關聯。不過，抱持相反意見的人還是有的，丹麥科學家奧斯特(Hans Christian Oersted, 1777-1851)就是非主流派的代表人物。他在求學時期深受康德哲學的影響，而「統一的宇宙」正是康德哲學的中心思想之一，奧斯特自然而然將這種想法奉為圭臬，甚至當成一種信仰。
獲得博士學位後，奧斯特申請到一筆遊學獎學金，於1801-03年間遍遊歐陸幾個科學大國。在德國的時候，他遇到一位志趣相投的學者，兩人很快成為莫逆之交。這位名叫芮特(Johann W. Ritter, 1776-1810)的德國人是一位天分極高的實驗科學家(電鍍法、乾電池、蓄電池都是他發明的)，身後享有「電化學之父」的美譽。可是另一方面，他十分不善於言語和文字表達，無法融入當時的科學社群，以致在短短的一生中，一直沒有機會大展所長。
芮特同樣是康德哲學的信徒，信仰甚至比奧斯特更堅定。在兩人結識前，他就試圖證明「電磁一家」，雖然一再失敗，他卻毫不氣餒，始終沒有放棄，只可惜天不假年，讓他最後抱憾而終。
芮特過世後，奧斯特又努力了整整十年，才終於達成好友的遺志，時間是1819年底(或次年初)。這個實驗非常簡單，一句話便能說完：將一條(利用伏打堆供電的)電線靠近磁針，只要電線和磁針平行，便會導致磁針出現明顯的偏移，這就充分證明電與磁確實有互動關係。
大家不妨想想，這麼簡單的實驗，是不是足以媲美哥倫布豎雞蛋？正是因為它太簡單了，奧斯特公諸於世後，歐洲許多科學家競相驗證，結果發現屢試不爽，也就是說它的可重複性百分之百。
這個意義深遠的科學發現，重要性不下於新大陸，照常理來說，奧斯特應該和哥倫布一樣家喻戶曉。然而事實並非如此，一般人對他的生平事蹟相當陌生。
例如很少有人知道，奧斯特也是十九世紀丹麥文化界的重要人物，不但在哲學和神學方面頗有建樹，對丹麥的政治與高等教育也有卓越的貢獻。此外恐怕更沒有人知道，他還是童話大師安徒生(Hans Christian Andersen,1805-1875)的忘年之交，兩人有著十分深厚的情誼(更有趣的是，兩人的名字相似度高達66%)。
至於他為何沒有成為電學的哥倫布，有人歸咎於「奧斯特實驗」只是定性的結果，欠缺定量的內涵(主要是因為奧斯特並非實驗高手，數學也不太好)，但正所謂瑕不掩瑜，這應該不是主要的原因。至於真正的主因，恐怕是他犯了一個學術錯誤。
在說明這個錯誤之前，我們必須先做些準備工作。首先，請想像你是十九世紀初的科學家，根據從小受的教育，你知道磁針偏轉只有兩種原因，一是受到地磁的作用，二是被附近的磁鐵影響。不過，由於吉伯特早已「證明」地球是個大磁鐵(請參考〈女王與教皇〉)，這兩個原因可視為同出一源。
現在，你突然獲悉「奧斯特實驗」的內容：通電的電線也能造成磁針偏轉。經過一番理性分析，你列出兩種可能性：
一、通電的電線會像磁鐵一樣發出磁力，這個磁力影響了磁針。
二、通電的電線會藉著另一種(神秘)機制導致磁針受到影響。
還有沒有第三種可能呢？根據邏輯，應該沒有了。
接下來請你繼續假扮那個時代的科學家，問問自己會支持哪一種可能。如果你猶豫不決，不妨先想想下面這個問題：你出門在外，突然發現皮夾不見了，而你萬分肯定不是自己粗心大意，那麼下列兩種可能，你會傾向於哪一種？
一、被扒手扒走了。
二、被一種神秘的力量轉移到另一處(也許是另一個星球，或另一種空間)。
現在，你八成會猜奧斯特選擇了第一種可能。抱歉，不對！事實是，奧斯特居然做了另類選擇，他的論文題目〈電衝突對磁針產生之效應的相關實驗〉就是最好的證據。換句話說，他將這種神秘的機制稱為「電衝突」(拉丁文conflictus electrici, 英文electrical conflict)，然後循著這個方向繼續研究下去……
至於什麼是「電衝突」，奧斯特雖然花了許多心力解釋，後世史家咸信他始終沒有說清楚──怪不得法拉第曾經公開承認看不太懂。
奧斯特之所以特立獨行，原因其實不難理解，那就是他將康德哲學視為金科玉律。但由於他的思辨過程相當複雜，很難用「哲普語言」三兩下說清楚，我們索性改用另一種非常簡單的科學哲學理論，試著分析一下奧斯特到底犯了什麼錯。
這個理論就是所謂的「奧坎剃刀」(Occam's Razor=Ockham's razor)，也可以意譯為「簡約法則」。顧名思義，它可說是科學哲學中的「極簡主義」，主張在進行科學推論時，若有幾個勢均力敵的理論可供挑選，應該盡量選用前提最精簡者(例如「被扒手扒走了」)。
在此必須趕緊強調，「奧坎剃刀」絕非什麼金科玉律，甚至欠缺科學上的扎實根據，然而幾百年的科學發展告訴我們，它是個非常成功而且非常有效的經驗法則。奧斯特大膽挑戰這個法則，勇氣固然可嘉，結果卻是一步步走向死胡同。
另一方面，在奧斯特發表實驗結果兩個月後，一位法國科學家明智地選擇了另一種可能性，後來果然走出一條康莊大道，他就是大名鼎鼎的安培。
註一：奧斯特是在1820年七月將實驗結果以拉丁文寫成短短四頁的論文，隨即以書信方式私下流傳，以便盡快廣為人知(後來則有英譯本正式發表)。這篇論文一開始就提到，相關實驗最早是在「前一個冬天」完成的，與一般文獻採用的「1820年四月」頗有出入。
註二：「奧坎剃刀」的發明人是十四世紀的一位英國修士，名叫奧坎的威廉(William of Ockham, 由此可知奧坎是他的家鄉，並非姓氏)。其中「剃刀」意味著不符極簡原則的理論通通應該被「剔除」。
註三：關於哥倫布的那樁軼事，在《新世界的歷史》這本書中其實並未提到新大陸，而是以「東印度」取而代之。這是因為在哥倫布有生之年，一直以為自己真的航行到了印度，而這也正是「印地安人」(Indian)這個錯誤名稱的由來。此外嚴格說來「哥倫布發現新大陸」也是隱含種族偏見的說法，因而有人主張將「發現」改為「相遇」。
