【人物專訪】一位天馬行空型的教授──陳義裕教授

我們所想像的電子,並不像棒球一樣,可以利用簡單的古典力學定律就可以去描述它。電子有一些很奇特的量子的行為,我們都沒辦法去解釋;而對於量子的基本概念很多都還不是很清楚,但是它在我們生活上確實已經產生影響。

以實證求實事,陳老師只要對教科書有質疑與好奇,就會自己動手做實驗,實證自己的想法。

撰文│郭冠廷
攝影│甲芳

電子也有波動行為

臺大物理系的陳義裕教授,在4月20日的演講〈當電子碰見量子〉,將從如何理解物質外圍會有電子的概念出發;並從實驗方面切入,藉由研究物質的原子結構,發現說,我們想像的電子,並不像棒球一樣,可以用簡單的古典力學定律來描述。於是,我們引入「波爾的原子模型」,我們更進一步理解到,電子有一些奇特的量子行為,發展出「舊量子論」。在後來「量子力學」出現後,就式微了;雖說如此,「舊量子論」在義裕老師6月8日的演講中,將重新粉墨登場。

無人可解的密碼

你還在擔心信用卡的安全嗎?本期探索講座6月8日的最終場,〈二十一世紀的量子論:參不透重重玄機、擋不住層層應用〉。有些時候我們對一件事情不知道,不代表我們不能去做它。」事實上,我們對於量子的基本概念很多都還不是很清楚,但是它在我們生活上確實已經產生影響。我們現在的一些安全性密碼,如果利用量子論,就可以輕易破解。但反過來講,科學家也可以,創造出無人可解的密碼。

自學動畫製作

老師回想當年微軟的DOS(Disk Operating System),「在那種作業系統下面,我已經開始做動畫。那時候很辛苦。如果要做聲音或配音樂。我必須要學習寫程式,去控制顯示卡;或驅動音效卡,讓它發出音樂。」但現在方便許多。「我第一次見到電腦是APPLE II。一臺電腦就小小螢幕,大概這麼大(老師比了一個螢幕大小,大約十吋。)當時表弟自己賺錢買APPLE II,他自己在上面寫程式,算簡單的東西。」

計算過程的黑箱作業

我們詢問老師,物理時常需要大量計算,老師怎麼看待沒有計算機的年代。「早期是『計算器』,燈管的計算器,顯示幕是用燈管。紅色、綠色的燈管,顯示數字出來。一個鍵一個鍵按。按一個角度進去會產生一個光出來。」現在的計算機顯然比以前高級許多。

但是這對於物理研究方法和心態上,「各有利弊。我曾經看過1830、1840年代的論文,真的很佩服以前的科學家,當年什麼都沒有。他必須要計算很複雜的積分。發展出各式各樣的計算招式。」

「在現代,同學如果想要驗證或實驗一個理論或公式。只要把EXCEL叫出來。你可以把時間用在更好的方面。相對你也有失去,計算過程現在對你而言是個黑箱。你輸進錯的東西,你沒有感覺。輸出來以後錯的東西,你沒辦法驗證。」像是物理系的四大力學,因為有許多的計算。過去上課要教很多的計算技巧,可是現在都不需要了。「我們教學方式都不一樣了。」

鼓勵學生多用計算機

對於大學的普通物理學。「我不會不准你用(計算機)。相反我會希望你用。」義裕老師有參與國高中教科書編輯。「我們為了要達到那個標準制式的考試答案,也方便老師批改。因此,我們題目,只限制那些特別的數據。」就像是運動學當中的拋體運動,那顆小球上拋的角度。「只能夠用45度或30度丟出去。」畢竟,學生只有背這幾個特殊角度的sin和cos的數值。「因此我們(教育)最後都淪為公式推導。科學計算,你必須對實際數字有感覺。這就要用計算機。」

老師也說「沒有計算機則要會『估算』。要有『數量級』的概念。」老師和我們分享他從同事聽到的例子,有學生來討論研究計畫。「想法很好,但是數量級不對。」學生所呈現的計畫,與實際生活相差甚遠。「你有算出答案是一回事。可是算出來你要知道是不是合理。這部分我們還沒給學生足夠的訓練。」

以實證堅持己念

「我國中物理,有一次出了一題有關流體力學的考題,我認為的答案和老師預期的不一樣,我那一題也沒分數。我就回家做實驗看看是怎麼一回事。」於是,義裕老師在得到實驗結果後,就把實驗器材搬到學校,然後說:「老師,你和我到廁所來。」

「我做實驗給他看。做完以後是我對。老師也很有趣,笑一笑,不講話,就回教室去了。」但是,義裕老師也坦言,當時自己其實是矇對。雖然實驗結果證明考題答案有誤。不過當時所引用大學教科書上的公式,雖然能用來解釋,可是「數量級」完全不對。「我只是想和老師說,你也不對啊。我知道我的想法是錯的。我也想讓老師知道你的答案也不對。」

「他們給我很大的自由度。」義裕老師很感念這群求學路上的師長,「雖然不見得同意我的想法,但是都願意把時間拿出來聽我講想法。這種教學態度給我很大的啟發。」

調皮的動手做做看

「我的父母親認為:『只要你願意念書,好好去做事情,我們都會給你做。』我買這些器材,他們也都隨便讓我去買。雖然不知道我到底要做什麼。」「我小學的時候,我看課外書,會用什麼繞漆包線,弄電磁鐵,我就自己去買自己繞。我也做電鈴。」不過,熱愛動手做的背後,也發生過不少糗事。

「我做電鈴的時候,電都接好,看起來沒有問題。然後一按下去,就爆掉了。」「我本來接好以後,一按沒有聲音。我就想說難道我線接錯了嗎?雖然看起來是對的。」於是,老師改變接法。「簡單的說,就是插座那兩個洞,我這邊接過來直接接回去。」

「嚇壞我了,我想說失敗了。(爆炸後,改回原本的接法)第一次的接法是對的。但是我不敢暗,我叫媽媽來按。我很壞。自己怕就叫媽媽按。」這次對了,老師的媽媽一按下去,蜂鳴器響了起來。「我想法沒錯。很可能我當初(第一次)接線時是接觸不良才失敗(沒有響)。」

兩位指導教授

在義裕老師攻讀博士時,原本是研究「黑洞理論」,但是卻在博士學位近在眼前時,毅然決然轉向「混沌理論」,到底是發生了什麼事情呢?

「對於黑洞到現在我還是很有興趣。」老師如此形容自己的思考方式。「不過,我是天馬行空型。」「我第一位指導教授,他太好了。你很難想像,通常是指導教授沒有時間奉獻給同學。他是每個禮拜都有指定好的功課。老師會列點寫指示,一、二、三、四、五。老師很聰明,聽你講完就知道你下一步怎麼做是最有效率。」「這樣對有些同學,是很好的指導方式。但是對我自己,這不太恰當。」

回憶當時更換指導教授的情境,老師記得很清楚,那是個星期三的下午時分。「老師問我大學的時候念些什麼書,課外活動做些什麼什麼。暢聊一陣子後。抽屜又打開來,拿出一張紙條,一、二、三、四、五。他說:『這是我們系上五位物理教授的名子。我認為他們可能是適合你的。』你要逃開他,他卻幫你都設想好。」

「我的第二位指導教授,是完全放任我。那是我讀書最快樂的時光。我每個禮拜六都出去爬山。而且,以前唸書想不懂的東西,都在那一段時間想懂了。」老師有了充足的思考時間。「有些時候我就在家裡宿舍,躺在床上想我的東西。」

但是老師也坦言,「我現在就很後悔,我的第二位指導教授,他有一些功力很強。因為我和他沒有交互作用,沒有一步一步和他學。我現在只知道他的一點皮毛。」

第一位的指導教授,可說是「媽媽型」的教授。而這也和臺灣國高中的老師很像,「就像我自己有些時候也會怠惰。後面有人推你一下,會有一個進度。(媽媽型)老師會幫助你走得很穩。」

而老師自己當上教授後的教學模式,則是兼取過去兩位教授的特點。「對大學部的學生,我比較像是第一位指導教授。」老師出習題時,會有步驟引導學生解題。相反地,「我的研究生,我沒有逼他們要怎樣。也不會沒事就跑到他們研究室,看你弄得怎樣?」不過,「我沒有去盯他,進度相對來講就會緩慢。」

混沌理論

對於目前的研究領域,「我們這一行,很多同事笑我:你做這個不需要什麼門檻(背景知識)。」「開始查書、查論文。你就一邊撿,撿起來就一邊咬、一邊吃。」在當時相關知識還沒有被系統化整理以供學習,「比較辛苦。但是做研究就是這樣子。」不過現在,「學生來找我談,就說自己用什麼書、修過什麼課,和當年已經不同了。」

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與混沌理論相關的書籍

(1) James Gleick著、林和譯:《混沌:不測風雲的背後》,天下文化出版。
(2) John Briggs & F. David Peat著、王彥文譯:《渾沌魔鏡》,牛頓出版公司。
(3) 廖思善著:《動手玩碎形》,天下文化出版。

與量子力學有關的影片(雙狹縫干涉實驗):Dr Quantum - Double Slit Experiment
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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

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