【人物專訪】另一種鼓聲──高涌泉老師
■這次的人物專訪，要來為各位介紹的是臺灣「科普三俠」[1]之一的高涌泉老師。老師就要帶來兩場演講，分別是三月三十日〈既是粒子又是波？量子之謎的起源〉與四月二十七日的〈比相對論更奇怪的量子力學〉。
撰文│郭冠廷
攝影│徐伊亭
沒有人懂量子力學
費曼（1918-1988，Richard Phillips Feynman）說：「我可以有把握地講，沒有人懂量子力學。」高老師在第一講當中，將談量子物理的起源。從1900年普朗克（1858-1947，Max Karl Ernst Ludwig Planck）的黑體輻射講起，並緊接著來到1905年愛因斯坦（1879-1955，Albert Einstein）的「光量子」。這是革命性的想法，愛因斯坦在晚年甚至說：「我一輩子花在思索什麼是光量子的時間，百倍於思索廣義相對論的時間。」
在第三講，承續第二講陳義裕教授所談的「波爾的原子模型」。為了要能說明氫原子發射光譜的實驗結果，瞭解原子中電子的運動情形，所以科學家努力追求更有說服力的理論。1925年的夏天，這個超出人類智力的問題，被二十來歲的海森堡（1901-1976，Werner Heisenberg）破解。海森堡的突破點，在於他跳離電子運動有軌跡可循的固有想法。
自海森堡突破後的數月，1925年底，海森堡及他的老師伯恩（1882-1970，Max Born），和同學喬丹（1902-1980，Pascual Jordan），與英國物理學家狄拉克（1902-1984，Paul Dirac），共同努力把這個突破推廣成有系統的學問。但是，到1926年，奧地利物理學家薛丁格（1887-1961，Erwin Schrödinger），另起爐灶。他說：「電子如果想像成是波的話，我可以從我寫下的『薛丁格方程式』，來得到和海森堡等人相同的結果。」到了今天，不論是海森堡或薛丁格所建立的體系，我們都稱為「量子力學」。宇宙間所有的粒子，不論是光子還是電子，都有很奇特的起源，它們既是粒子又是波。
從物理專業談科學教育
高涌泉老師，美國加州大學柏克萊分校博士，從1991年迄今任教於臺灣大學物理學系，也曾參與高中物理課綱修訂，並持續推廣科學普及教育，關心時事議題，也多次參與北區論壇，針對台灣當前各種社會議題，進行反省並提出建設性意見。由於即將上路的十二年國教為最近的熱門話題，我們請老師藉旅外的經驗，來回顧臺灣的科學教育。
臺灣的物理科學教育，中學物理教育，是「填鴨式的教育」。「老師不管學生當下有沒有興趣、動機，在課堂上都直接了當把答案塞給學生。」不單如此，「大學物理系，力學、電磁學、量子物理課，老師上課就直接講課程的專業內容。也是單面向的填鴨方式。」整個科學教育的問題，是一條龍的問題，延續到大學，是臺灣教育根深柢固的習性。而這種教學方式「學生難免會消受不了。大學生就翹課，國高中就打瞌睡。老師在無法顧及學生學習的心理狀況等因素，就直接灌輸知識。」
臺灣有效率學習的代價
雖然填鴨是有效率的教學方式。「學生即便沒有心思想要學這些東西，在這樣的時空環境，老師用系統的方式，把這些知識，原理、定理、公式，在黑板上清清楚楚的講出來。」但是「臺灣即便在高中塞了很多數學、物理、化學、生物、地科的知識。可是進入社會，成年之後，對科學的興趣，常常不升反降。」相較之下，「美國高中，沒有修過這麼多科學學分，可是他們成年人口對科學保持興趣的人數。反倒比我們臺灣來得多。」因為填鴨而倒盡胃口，「十二年國教要推行之際，最好能夠處理填鴨教育的負面的影響。」以避免學生只是為了「生存」而學習科學知識。
如何培養問題意識
「科學的知識累積這麼快，我們幾乎不可能在國高中，甚至，大學階段，把你所需要的科學知識教給你。」填鴨不是長遠之計。「我們應該在科學教育的過程中，花時間來驅動學生對科學問題產生好奇。」讓學生去瞭解「為什麼在科學發展過程中，會有人去問那些問題。」
看到這裡，請各位讀者先打住不要往下讀。我們要考考各位讀者。「各位還記得你們什麼時候知道地球是圓的嗎？」那個很鮮明的時間點，是在幼稚園？小學？中學？那個歷歷在目的畫面，是在教室中？操場上？沙灘上？游泳池？樓頂？或者上學的路上？是誰告訴你的？怎麼知道的？
「任何答案都不是憑空蹦出來。要先有問題意識，才會有人去追究。」老師明確指出，「整個科學演進的過程，在當下科學教育是缺乏的。」畢竟，這偏向「歷史」故事，沒辦法幫助我們去計算砲彈軌道，讓我們在考場上存活下來。我們當前教育欠缺的是培養學生去問出自己有興趣的問題，像是有沒有外星人，或地球是否是唯一的文明星球。「F=ma對於百分之八十以上，不會是科學家或工程師的人，沒有直接用處。」「我們不要用狹隘專業學科去定位科學教育的內容。盡可能用『問問題』的方式來整合想要傳達的科學概念。」
如何尋找問題意識
找不到答案的就是「問題」。「找問題要跑到研究前線，看看說目前還有哪個問題還沒有被解決。然後憑自己的品味，去選擇自己能力可以解決的問題，並檢核這問題是不是在你的興趣範圍之內。」老師在美國攻讀博士時，「老闆放任我，讓我自己去找問題。我讀paper參加seminar（專題討論會），我聽到有什麼最新的發展，就會去涉獵。如果這個發展是我感興趣的，問題常常就會自動產生。」
選問題的「品味」相當重要。「依據你的判斷，哪些是關鍵性問題。」有的問題很難，是「千古難題」，可是解出來可能只是未來教科書上一題「習題」的「解答」。「認知什麼是有趣、好的問題，這就是『品味』。就像什麼話是漂亮，什麼音樂好聽。這相當主觀的。」
做研究也要考量現實狀況。「愛因斯坦，五十年都在想光量子問題。」這雖然是個關鍵性的問題，可是「你最好就不要把它當作你的『短期目標』。（像是學位論文題目）」從朱經武博士（1941-）在高溫超導理論有突破性研究[2]迄今，二十多個年頭已經過去，但是問題仍然存在。「『研究高溫超導的機制』，這就是個好問題。可是這問題不容易有答案。」
仰賴推薦不如「極大量」閱讀
筆者詢問歷來採訪講者中會問的問題：「請老師推薦書單。」老師卻突如其來的說：「我是例外。」老師辦公室與家中滿山滿谷的藏書與資料，「我老婆常常念我：買那麼多書幹嘛？」老師極大量閱讀，「我沿著品味和興趣閱讀，畢竟，有時候你感興趣的問題別人不感興趣，沒辦法從別人那邊得到解答。」也因為學識到一個程度，「沒人可問。」老師回到起始問題，「你怎麼知道這是好書？沒有讀過壞書爛書怎麼知道是好書？」老師解釋，「高手知道答案是答案還不夠，還要知道不是答案的答案為什麼是錯的？」一本書之所以成為經典，「沒有一個對照就不會瞭解。」
「我們科學教育，要讓學生養成自己判別的能力。」老師表示，可以利用搜尋引擎，關鍵字查詢「量子力學」或「光量子」，去比較搜尋結果的優劣。並藉由大量的閱讀，來培養出自己的品味。最後，老師推薦一本，徐氏基金會所出版《奇異的量子》[3]。這本書是普林斯頓教授依據通識課程內容所寫，有一定的知識高度。
科普三俠中的另一種鼓聲
只是，讀者若有興趣進一步探討科學的奧秘，可以從CASE的部落格著手。部落格中刊登有高老師的著作《另一種鼓聲》和《武士與旅人》中的若干文章。例如，從量子力學的發展，來談談物理界「英雄出少年」的現象，量子力學進展最快的1925至1927年間被稱為〈小伙子物理〉的年代，勉勵各位年輕讀者不妨過過癮，對成為一代科學巨擘懷抱無比的信心與希望。
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﹝本文作者據傳曾是不務正業的筆耕農夫，現就讀臺灣大學兼職文學寫作﹞
責任編輯：Nita Hsu
[1] 高涌泉、潘震澤、王道還，三位老師在中央日報副刊，輪流執筆專欄寫科普文章。也依序集結成冊《另一種鼓聲：科學筆記》、《科學讀書人》、《天人之際－生物人類學筆記》。
[2] 維基百科：1987年，台灣物理學家朱經武和吳茂昆，以及中國大陸科學家趙忠賢相繼在釔－鋇－銅－氧系材料上把臨界超導溫度提高到90K以上，液氮的「溫度壁壘」（77K）也被突破了。
[3] 編者註：中文版可以上各大圖書館查詢，坊間購買不易。英文版書名《The Odd Quantum》。