教科書之外

沒想到的和想不到的

對不同的事物,我有大概的答案、可能的信念,以及不同程度的不確定。—費曼(Richard Feynman,美國物理學家)

撰文/、插圖/陳文盛

教科書之外

沒想到的和想不到的

對不同的事物,我有大概的答案、可能的信念,以及不同程度的不確定。—費曼(Richard Feynman,美國物理學家)

撰文/、插圖/陳文盛


「昨晚9點鐘的月亮是白色,今天同一個時候的月亮卻是橘黃色。請問是何緣故?」


這是1970年我在美國德州大學念分子生物學博士班時,「巨分子物理化學」的期中考題之一。這門課程探討的是細胞中的核酸、蛋白質、碳水化合物和脂肪等聚合物的物理結構與功能,出這道題目的是光學專家葛瑞(Donald Gray)教授。我知道這問題牽涉光波的吸收和散射現象:物體的色相主要取決於對不同波長的光的吸收和散射。在日光下,物體如果不吸收所有波長的可見光而加以散射,就呈現白色;完全吸收而不散射,就呈現黑色;部份吸收、部份散射,就呈現散射出來的顏色。天空看起來藍色是因為陽光穿過大氣層的時候會被氣體分子和懸浮微粒散射,波長越短的光散射越強,藍光波長最短,因此散射最多。夕陽和附近的天空看起來比較紅,是因為黃昏時陽光斜射,穿過大氣層的路徑比較長,散射掉較多藍光、剩下紅光。


對葛瑞教授的問題,我回答:「今晚9點鐘月亮的位置比昨晚同時間的月亮低,月光經過大氣層的路徑比較長,藍光被散射掉比較多,因此月球看起來偏橘色。」考卷發下來,葛瑞教授告訴同學們,他原來想的答案是:今晚的大氣層污染比較嚴重,懸浮微粒比較多,因此藍光被散射掉比較多;但是他覺得我的答案也有道理,他沒考慮到月球運行與地球自轉的關係。那題他給我滿分。


這件事有兩個啟示:第一、科學家是講道理的,有理就可以接受;第二、科學推理很難周全,常常會忽略某些可能性。除了數學和邏輯之類的抽象理論,世俗事件的緣由,我們幾乎不可能周全想到所有的可能,因為我們不是全知的。


福爾摩斯有一句經典名言:「一旦你排除所有的不可能,留下來的不管多麼不太可能,一定是真的。」這句話常常出現在小說和電影中。我每次聽到時都覺得怪怪的,因為我們怎麼知道「所有」的可能?一件事情發生的可能緣由,有明顯的,也有不明顯的,甚至千奇百怪的,我們怎麼可能全都知道呢?如果我們不知道所有的可能,怎麼能夠「排除所有的不可能」?


現代熱力學之父、物理學家湯姆森(William Thomson,後來的克耳文爵士)就犯過這樣的錯。他曾經和很多科學家爭論地球的年齡,他計算地球從炙熱的火球冷卻到現代的溫度所需要的時間,估計地球的年齡不會超過四億年。這個數字遠低於地質學家和演化學家(包括達爾文)的估計,但是湯姆森非常固執,一直堅持自己的主張「一定正確」,而且「沒有其他可能」。現在我們認為地球的年齡大約45億年。湯姆森錯得離譜,因為事實上有他不知道的「其他可能」。當時還沒有發現放射線,科學家都不知道地殼中有很多放射性物質,這些放射性物質的衰變會釋出大量的熱能,讓地球冷卻速度更慢。此外,他把地球當成一個完全固態的封閉系統,沒有對流導熱的可能,也是錯誤的。


我們做科學推論時,要對假設謙虛,容忍所有合理的可能,不要以為自己已經知道所有的可能。科學史一直告訴我們:當我們不斷擴展知識,我們將不停地發覺我們沒想到的和想不到的。