【科學講古列車】科學家到底在忙什麼？

講者：陳育霖│國立臺灣師範大學物理學系助理教授

科學是怎麼出現的呢？科學，來自於人們為求生存的意志與好奇的本能。像是為了計算收穫莊稼的時機，因而由星空的變化導出了曆法，因此產生了對星空的幻想，浪漫的星座故事也催促著人們對宇宙的進一步探索，於是天文學便這麼誕生了。人們對白雪充滿了好奇，於是科學家用顯微鏡觀察了雪花，發現雪花其實有著數千種不同的結晶形狀。所以科學天天都在上演，無處不在，只是我們能否調整自己看待事物的眼光，能不能察覺而已。

科學的一項特性，便是物理定律的對稱性，也就是在不同時間、地點做的實驗，結果應該要一模一樣。有了這樣的前提，人們於是可以透過觀察、歸納，形成預測未來的理論。這些理論，有時會反過來打破人類對事物的既定印象與直覺。

舉例來說，如果我們在一根水管中間插入一根細細的鐵絲，水的流量會有多少變化？答案是30%左右，比我們想像的還要大得多。然而，這也不是放諸四海皆準的結果。西班牙的科學家做了一個實驗：他們在羊群進出門時，在牠們的前面放了一個大鐵桶，結果羊進出門的速度比沒有放上鐵桶的情形快了20%，就算換成了人，竟然也得到同樣的結果。科學家事後推斷，是因為鐵桶的阻隔讓人或羊群偏向以更有秩序的方法移動，才產生了如此違反直覺的結果。

科學家常進行的一項工作，是做實驗。實驗本身可以很簡單，但設計一個好的實驗並不容易。有一則研究指出，一次激吻能消耗12大卡的熱量。但細細探究，這則研究其實充滿問題：激吻的定義是什麼？什麼是激烈？這背後的機制是什麼？我們如果不能清楚說明這些疑問，那這就不是一個「好」的實驗。

另一個科學家們常遇到的，是尺度的問題。按理來說，要以無線電波觀察宇宙深處的天體，需要口徑10公里以上的望遠鏡。然而這麼大的望遠鏡，實務上是不可能製造出來的。科學家想到了一個替代方案，就是同時製造許多支望遠鏡並盡可能地分散排列，將這些望遠鏡所觀察到的資訊同步，便能達到單一支10公里望遠鏡才能做到的觀察效果。

所以科學家到底在忙什麼呢？他們忙於設計實驗、驗證實驗、比對不同的理論並修正理論，最後找出一個合理的說法來解釋我們的世界，小至我們的日常生活中運作的秘密與原理，大到遙遠的星系與星群，從小到大，從微觀到巨觀，無所不究，這就是科學家的工作。