【知識通訊】科學看見了真實世界？

■ 十七世紀時虎克利用顯微鏡觀察自然世界，他認為研究者只需將自然面貌直接繪於紙上即可，「以真摯之手、忠實之眼檢視及記錄所見事物」。但如此的初衷仍難免人為失真，在觀測與紀錄之間留下了主觀意識造成的差距。近代科學大量仰賴電子觀測儀器，依然免不了這個問題。

　　?一六六五年元月，派比（Samuel Pepys）與妓女廝混一下午後，與英國皇家學會會長共進晚餐。回家途中，他到書店預訂了虎克(Robert Hooke)最新的關於顯微鏡的著作；幾個星期後，派比帶著書回家，花了大半夜閱讀《微物圖解》，後來他在日記中寫道，「這是我畢生所見最有創見的書」。

　　派比原已有一架顯微鏡，但從未見過這樣子的圖像，他和其他讀者都深深受虎克描繪的精細圖像所震撼，虎克改造市售的顯微鏡，呈現出昆蟲、礦物、植物、羽毛的細節。十七世紀的人們頭一次能有機會，觀察日常生活種種微小又熟悉事物的樣貌，如跳蚤、起司上的霉、尿液結晶顆粒、虱子、蕁麻刺等。虎克在附隨圖像的文字中，向讀者形容，「虱子看來如此驕傲高昂，彷彿害怕無法擊敗強手，卻有如一個無所畏的君王」。

　　虎克原本是在當時成立不久的倫敦皇家學會週會裡，發表他的觀察內容與報告。成員紛紛鼓勵他將描繪作品出版，向外界宣傳他們研究世界的新方法，當時學會以培根（Francis Bacon）為名義領袖。培根於一六二一年因貪污罪嫌，失去大法官的職位，政治生涯告終，他反能全心投入哲學領域。他反對亞里斯多德的理論基礎，主張唯有透過觀察與實驗，才是認識上帝所創造世界的最佳方式。

　　培根在著述中強調，在《聖經》解釋下，人類是視野有限的墮落生物，眼前所見受想像所蒙蔽。為克服人類本質上的弱點，虎克發明能提升聽覺、嗅覺及視覺等感官能力的工具。《微物圖解》也是為了證明，上帝創造萬物之美，只有透過超然客觀的觀察才能品味。

　　虎克認為研究者透過顯微鏡觀察，只需將自然面貌直接繪於紙上即可，「以真摯之手、忠實之眼檢視及記錄所見事物」；為支持培根對《聖經》裡人類缺陷論的看法，《微物圖解》第一版即呈現出人造物品的缺陷，在顯微鏡下，磨過的剃刀滿是缺口、針尖變鈍，連暈開的句點輪廓都可看得一清二楚。

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眼見為信

　　但實際上虎克發現，「真摯之手、忠實之眼」並不足以捕捉自然面貌，因為顯微鏡像常含糊不清，仍得仰賴個人專業與個人詮釋。虎克提到，「蠅眼在某些光線下像是格子窗，充滿著無數小洞；在陽光下如同滿佈金釘的表面，另種角度下又像滿是金字塔的表面，有時候卻又像圓錐」，觀察者需要工具，但也要具備評斷何為正確答案的技能。

　　虎克意識到，當他想在紙上重現畫面時，會出現其他問題。《微物圖解》讀者所見並非原始標本，中間經過虎克及畫師兩層媒介，虎克也指控畫師成品有誤；且虎克的畫作皆為黑白，多數散佈在整張紙上，而不像他在目鏡視野中所見，繽紛多彩的顯微世界。

　　理論上只要科技進步，虎克與閱讀他著作的讀者或許就能更清楚看到事物。但是由虎克到現代顯微鏡學家之間的歷史，並不是平順進展的。

　　虎克之後十八世紀的研究者，都著迷於完美畫面，故常未忠實記錄自然標本，而用想像力修飾美化觀察所見的事實，例如有隻螞蟻在顯微鏡下，看出少了一條腿或頭部發育不全，但繪圖者會依據過去所見的螞蟻形象，畫出一隻理想螞蟻的樣貌，彷彿要捕捉螞蟻的本質。這種態度與當時解剖學家心態相仿，解剖學家繪製女性骨骼時，基於懷孕功能，故將骨盆畫得較寬，男性骨骼圖裡的頭骨也較大。

　　約莫到了十九世紀中期，生物學研究風潮轉向，主張「讓自然呈現原貌」，科學家開始堅持觀察個別標本時，無論有各種缺陷都得如實記錄。靠著新型顯微顯鏡大幅精進的準確性，科學家希望壓低個人主觀判斷。

　　不過就和虎克在兩百年前遇到的情況一樣，研究者不可能完全排除人為因素，反而隨著設備日益複雜，科學家斧鑿的痕跡更深。由於鏡頭功能更加強大，每次能看到的部分更有限，代表需要更多專業技術來辨別影像，並且相信這能夠呈現真實；標本也得仔細準備、安嵌與染色。正如虎克必須考量蠅眼需如何打光，後代顯微鏡學家也得確保明暗處並非人工造成。

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信心的篇章

?　　今日顯微鏡日益精密，但是否讓人更能窺探自然的真實面貌？

?　　攝影技術於十九世紀初出現，讓人們認為可消滅人為錯誤與主觀詮釋，攝影師塔伯特（William Henry Fox Talbot）所出版的《自然畫筆》(Pencil of Nature)即為一例（該作品於一八四四年至一八四六年分批出版）。物理學家法拉第（Michael Faraday）很早便主張在科學界使用攝影技術，他表示，「攝影所呈現的影像是畫筆望其項背的，當自然成為人類攝影的對象後，人類的潛力難以預言」。

　　可是對攝影技術的興奮，初期未在顯微鏡學帶來太多成果。此後數十年，生物學家都不願將相機帶進實驗室，來彰顯標本，反而是科學家走進攝影棚，讓自己成為宣傳照的主角。這種現象或許令人驚訝，但當時科學家很堅持要在社會上建立聲望。

　　縱然相機出現在實驗室之後，學界仍在爭辯使用相機做客觀記錄的優缺點。許多科學家認為，若民眾相信在相片中靈魂會起死回生，就很難靠這種科技來呈現顯微世界的真實面貌。曝光時間過長也難以捕捉移動物體，再加上鏡頭不完美、液狀噴濺、缺乏顏色等因素，均為攝影結果帶來不確定因素；另沖洗過程中常需縮放相紙，也無法正確測量標本大小。

　　沖印限制代表照片需先經手工，才能大量印刷，故又開啟人為操縱的空間。技術人員可以在照片模糊的細節裡，特別強化關鍵的特點，那麼到底使照片變清楚和扭曲真實的分野何在？

　　至二十世紀初，機器重現顯微影像終於擊敗手繪，德國專家克里斯特（Erwin Christeller）於一九二七年重要的疾病圖鑑中指出，若顯微鏡學家確實需要繪圖，也該將任務交給未經訓練的技師，即可達到最近似機器的效果。機械化帶動進步，顯微鏡也日漸精密，揭露出過去仰賴推測的自然世界面貌。

　　若見到今日電子顯微鏡下的三度空間影像，捕捉昆蟲甲殼最細緻的條紋，虎克必然感到震驚，但他希望消滅人為左右的夢想依然難實現。電子顯微鏡學先驅佛瑟特（Don Fawcett）強調，科技進步源於人們喜愛無法忠實表現的秩序。一九六○年代中期佛瑟特在他撰寫的《一個信心的篇章》中指出，「人類相信明確、清晰、美好的照片中，真實性高於粗劣、混亂與模糊的成品」，就算是科學家，對畫面清晰的需求也是有所偏好的。

　　非光學顯微鏡愈來愈深入過去不可見的世界之時，人們卻距離現實愈來愈遙遠。今日顯微功能如此複雜，需要將電子訊號轉換為人工色彩的視覺畫面。若培根看到電子顯微鏡下的病毒畫面，他可能也會大大反對，指控科學受到「部落崇拜」危害，運用「魔鏡」使人心智受制，出現認知的誤謬。

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本文為劍橋大學克列兒學院資深教師法娜(Patricia Fara)在二○○九年六月四日《自然》雜誌的專文，她新近出版的著作是《科學--四千年的歷史》

原載於【知識通訊評論月刊八十一期】2009.07.01