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。

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