【達人學苑0.com-精彩實錄!】科學的語言、人文的語言、生活的語言(童元方教授主題演講)

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拉斐爾將古希臘、古羅馬、義大利的哲學家、藝術家、科學家薈萃一堂,這正是達人學苑所嚮往的,提供跨科際專家學者彼此的溝通平台(圖片來源:adatw@flickr)

時間:2011.09.05

主題:科學的語言、人文的語言、生活的語言

童元方/東華學院(香港)教授兼人文與社會科學學系主任

講者:童元方/東華學院(香港)教授兼人文與社會科學學系主任

如果要為科學的語言下一簡單的定義,即數學的語言。但落實在生活當中,用的是一般的語言,是儘量不用專業術語的語言,也就是科普知識傳遞時所使用的語言。如此,在生活當中,無論是科學,還是人文,都應該用一般的語言來表達。換言之,專業的內容,亦當用平常的語言來溝通。

先說萊特曼(Alan Lightman) 。他原是麻省理工學院的物理系教授,研究領域是天文物理,後來又教寫作,從科技報告到文學創作。他是普林斯頓大學畢業,加州理工學院的博士,物理科班出身。除了物理論文之外,他的第一部文學作品是《愛因斯坦的夢》。封面上清楚標示出「小說」(A novel)兩個字。主要內容是萊特曼替愛因斯坦所做的三十個夢。因為夢是萊特曼做的,而非愛因斯坦做的,所有的故事都是萊特曼想像出來的,故稱之為小說,雖然這小說的敍事語言其實更接近散文詩﹔但又非憑空想像,而是以人文的語言來說科學,言外的主題是愛因斯坦相對的時空觀念。萊特曼用三十個夢來呈現三十個世界,而在每一個世界裏,時間的概念是不同的,譬如:

一、    一世界,沒有時間,只有意象。

萊特曼如此起頭:

一個孩子在海邊,她看見大洋時第一眼的震撼。黎明時站在陽臺上的一個女人,她披散著的頭髮,她的寬鬆的絲質睡衣,她光著的腳,她的唇。‧‧‧

 

如此結束:

‧‧‧一間屋子: 四堵牆、兩扇窗、兩張床、一張桌子、一盞燈、兩個面紅耳赤的人、眼淚。初吻。行星滯留於太空中,無涯、無聲。窗上的一滴水珠。一截蜷曲的繩子。一把黃色的刷子。

 

而在文章的起與結之間,是一長串並列的名詞。整個夢是由意象堆叠而成的一大段,其間並無一個動詞。因為在這個世界裏既沒有時間,自然無所謂動態,文字所呈現出來的只是一張張靜止的畫面,畫與畫之間亦無聯繫。

二、一世界,有兩種時間: 一是機械的,一是身體的。

 …他們知道每一開始的剎那、每一略頓的空檔,時間已流動過去了。當他們急著要把受傷的孩子送去醫院,或者忍受鄰居遭了冤屈的眼神時,他們知道時間慢得如負千斤重擔,是掙扎著前行的。但當他們與朋友吃得高興,喝得痛快,或接受贊美的掌聲,或躺在秘密愛戀著的情人的臂彎裏的時候,他們也知道: 時間如飛矢、如流星,劃過了視野的長空,是太疾,太快,又太匆匆了。

這說的是身體的時間。

…他們知道一人的身體並不是不著邊際的魔術,而是一堆化學物質、器官組織、和神經衝動的組合。思想不過是腦中的電波,性的興奮是某些化學物質流向神經末梢,而悲傷不過是一些酸液停在小腦中靜止未動。簡而言之,身體是一部機器,與電子一般,或時鐘一樣,是受電學定律和動力定律的支配。既然如此,我們提到身體時,一定得用物理的語言。如果身體會說話,說的一定只是各種槓桿和動力的話。身體是要人去命令的,而不是要人去服從的。

這說的是機械的時間。

身體的時間與機械的時間之對比在我們生存的世界很容易感覺到,或是觀察到。吃飯或因肚子餓,或因時間到。快樂時覺得時間過得快,悲傷時覺得特別慢。可以看出這是用最平常的語言來說明我們對某種時間性質的看法。

三、一世界: 時間如叢立的鏡面,影像複製成千,重映成萬。

 他拉著琴的時候,另一個男人,跟他差不多的,站在屋子中間,拉著他的小提琴。這個男人望著下面的街道,注意到一對男女靠緊了,他轉一下眼睛,望向別處去。他想到他的妻子和兒子。他正在拉著琴的時候,第三個男人站著拉他的小提琴。事實上,還有第四個、第五個;還有數不盡的年輕人站在他們的屋子裏拉小提琴。還有無限的樂曲和無窮的想法。這一個鐘頭,當這些年輕人拉著他們的小提琴的時候,並不只是一個鐘頭,而是許多個鐘頭。因為時間好像兩面鏡子之間的光線一樣。時間來回跳動如光線折射,產生出無數的影像,無限的樂曲,無窮的想法來。這是一個數不清的複製的世界。

萊特曼用一年輕人拉小提琴的影像來說明時間來回跳動如光線折射,而隨著每一次的折射,他的想法就減弱一些,模糊一些。這影像的原型是愛因斯坦本人,那妻子是米列娃,兒子是漢斯‧阿爾伯特。當這世界複製到無限時,影像完全蒙昧不明,所餘只有音樂充塞於天地之間。

從上面所舉的三個世界,可以看出萊特曼用我們所熟悉的人間語言來映照E=MC2這個數學式子所代表的時空觀念。即以小說的方式,來寫愛因斯坦的思想。用陳之藩的話來說,是「用毛筆在一團一團的塗雲。用雲的迷離來狀夢的迷離;用雲的變幻以象夢的變幻。他用幾十個夢渲染出幾十團雲,而他的筆所不到之處,正顯出他要畫的月來。」萊特曼的人文語言,已進入藝術的境界。

有一首英文詩,為約瑟夫(Tim Joseph)所作,題曰:「統一場論」(United Field Theory),直指一科學的問題。下面所引的中文版為陳之藩所譯:

In the beginning there was Aristotle, And objects at rest tended to remain at rest,And objects in motion tended to come to restAnd soon everything was at rest,And God saw that it was boring.Then God created Newton,And objects at rest tended to remain at rest,

But objects in motion tended to remain in motion,

And energy was conserved and momentum was conserved and matter was conserved,

And God saw that it was conservative.

Then God created Einstein,

And everything was relative,

And fast things became short,

and straight things became curved,

And the universe was filled with inertial frames,

And God saw that it was relatively general,

but some of it was especially relative.

Then God created Bohr,

And there was the Principle,

And the Principle was Quantum,

And all things were quantified,

But some things were still relative,

And God saw that it was confusing.

Then God was going to create Ferguson,

And Ferguson would have unified,

And he would have fielded a theory,

And all would have been one,

But it was the seventh day,

And God rested,

And objects at rest tend to remain at rest.

當其始也,亞里斯多德出來, 靜者恒靜,動者終歸於靜,不久,萬物俱靜,上帝看了一下:這多無聊。於是上帝創造了牛頓,靜者恒靜,

而動者恒動,

能量不滅,動量不滅,物質不滅,

上帝看了一下:這多保守。

於是上帝創造了愛因斯坦,

一切都是相對,

快者變短,

直者變彎,

宇宙中充滿了種種惰性架位,

上帝看了一下:這是普遍的相對,

可是其中有些特別的相對。

於是上帝創造了玻爾,

原理在此,

原理就是量子,

一切化為量子,

可是有些東西仍是相對,

上帝看了一下:這太亂了。

於是上帝要創造一弗之蓀,

弗之蓀就要統一起來:

他會培出一種理論,

把所有一切歸於統一,

但已是第七天了,

上帝休息了,

靜者恒靜。

 

童元方/東華學院(香港)教授兼人文與社會科學學系主任

約瑟夫這一首詩共有五段。前四段為四位震天撼地的物理學家,及其直接塑造人類文明的理論。第一位是亞里斯多德,其次是牛頓,再來是愛因斯坦,然後是玻爾。從萬物俱靜到質能不滅到相對論再到量子論。最後以統一場論的發現與否做結。實際上指向為什麼沒有發現統一場論,而且暗示也許永遠不會有這樣的一種理論。這首詩出自一九七八年的《紐約時報》,距今三十多年了,而結論仍然成立。如果要解釋有史以來的宇宙觀,而又不用方程式的話,這首詩可能是敍述最簡單、比喻最清楚的了﹔如果採用中英對照來講解,可連本身即屬跨領域的翻譯都兼顧了。

我們再來看陳之藩。許多人因陳先生是科學家,又寫得一手好文章而覺得驚異。其實不論是科學家,還是文學家,散文能寫到陳先生那樣磅礡而又雍容的並不多。他當得起散文家的稱謂,跟他是否科學出身並沒有太大的關係。

另有許多人好奇:究竟陳先生在科學的語言與人文的語言當中如何轉換。以我看,這兩種語言在他腦中並非英雄割據、各霸一方,也非涇渭分明的兩種能力;而是這兩種語言他都能掌握,所以思考問題時,但看哪一種語言最合適、最恰當,就用哪一種,其間並沒有什麼界限,也沒有轉換的問題。因為思索費曼的一個怪數,以至於不眠,從不眠他聯想起何其芳的兩句詩,為徹夜輾轉的辛苦鑲上一片皎潔的月光;又因為討論黃金分割而帶來爭辯,最後引出《列子》「不見人,徒見金」的幽默。談到廣義相對論的數學式子,更可以是戴森(Freeman Dyson)最愛引的布萊克(William Blake)的四句詩:

一粒砂裏有一個世界,
一朵花裏有一個天堂,
把無窮無盡握於手掌,
永恆寧非是剎那時光。

是詩,是史,是數,陳先生都是手到擒來的。他不止任意跨越科學與人文,即使在科學的疆土上,他也是信馬由韁、隨興過境,可見跨境探索的魅惑與力量。我們再舉一例如下:

根本沒有高深數學訓練的物理學家,像法拉第,像海威賽德,按照他們自己的思想模式,並不藉助於高深的數學,也可以產生出好多新穎的觀念來。有精湛數學訓練的物理學家,像馬克士威爾,像愛因斯坦,以數學作工具,來做物理的問題,也產生出偉大的、新鮮的觀念來。但還有些物理學家,工具不夠用了,就自己發明起數學來。比如牛頓之於微積分,楊振寧之於規範場。牛頓是一邊發明微積分,一邊應用在物理上;楊振寧卻是擴建規範場,而規範場就是數學裏的纖維叢。這固然是他們自己始料所不及,也常常為數學家們所驚訝不止的。牛頓並不知萊布尼茲同時在那裏發明微積分,楊振寧也不知陳省身同時在那裏發明纖維叢;但,就是如此,研究某種物理現象的某種數學出現了。

陳先生可以用人文的語言來說明物理與數學之間各種不同的關係,最後引申到電子:

我們電子這一行,沒有數學簡直就走不動;但有了數學,卻並不等於電子。有了電子計算機的模擬,更不等於電子實驗。數學訓練也許是學電子的必要條件,但不是充足條件;何況,有時連必要條件也不是。

對我而言,物理也好,數學也好,電子也好,並不那麼重要。但這種跨科際思考的方式才真是激盪人腦,激動人心。

有一次邱成桐請我們吃飯,我親眼見到他們兩人在餐桌上說起一個廣義相對論的問題,順手拿起一堆紙餐巾就地寫起數學式子來。也曾目睹楊振寧拿牙簽擺弄多維的空間。遇上這種時刻,我一句都插不上嘴,只呆呆望著他們,好像面對的是外星人。至於我自己,既不可能用數學來思考,只能用人文的語言。亦即用一般的語言,來與陳先生溝通與對話。就以麥克士韋為題來舉例罷。

用文字來解釋麥克士韋方程,或者說用文字來形容電磁波現象,陳先生給我的答案是這樣的:

世間只有兩種現象: 一種是聚散無常,一種是迴旋無已。麥克士韋方程就是形容這兩種現象的。而且這兩種現象可以併在一起。

這個答案對我來說,幾乎是石破天驚。電磁波的兩種現象所傳遞的,竟然是生命的基調。我的心因此顫抖,而眼淚立時湧了出來。

我相信從文字去理解麥氏方程與從數學去理解麥氏方程,不能說是一回事。但就試圖認識麥克士韋這個人而言,也就是說從傳記的觀點去看,由文字的信函與詩作入手,所得未必少於由數學入手。何況我所希望的只是「接近」(approaching)科學的快樂。有所近,則有所進,乃心滿意足矣。

麥克士韋當然是大物理學家,但他整理開溫第士的論文集與研究報告,其實也是大編輯。我因此而想到馮夢龍,他編的書從山歌到笑話,從演義到小說,有文言、有白話;有長篇、有短篇。然而最為人所熟知的是合稱三言的《喻世明言》、《警世通言》、《醒世恆言》。經其裁剪與潤色,陰暗荒涼的人世,突然有了陽光。以諒解替逼迫,用寬容代譴責,淚水中遂逐漸漾起了笑意。對這個編輯的身分,在論文集之外,陳先生卻有不同的解釋。他認為麥克士韋方程本身就是編輯工作。他說:

麥克士韋方程是四大定律合成的,都有名字: 安培定律、法拉第定律、庫倫定律與高斯定律。麥克士韋的工作就是: 在把他們兜在一起時,看出了對稱的關係。也是因為對稱之美的考慮,他說在安培定律上應該還有一項,否則不美。寫方程式而顧及美的要求,不是馮夢龍在編輯之餘所輻射出的人間溫暖嗎?而麥克士韋所看出的這一項,後來竟發展成我們現在的這個電子與量子世界!

這個更上層樓的說法,如果不是用人文的語言代替了方程式,我只有失諸交臂了。

麥克士韋自是在兩種語言,或說兩種學科的領域內自由出入的天才,既屹立於物理的極峰,也善於寫詩來表達自己。下面這首詩是我譯出來介紹給陳先生的:

Valentine by a Telegraph Clerk ♂ to a Telegraph Clerk ♀
一個男電報員給一個女電報員的愛之信息

“The tendrils of my soul are twinedWith thine, though many a mile apart, And thine in close coiled circuits windAround the needle of my heart.“Constant as Daniell, strong as Grove,Ebullient throughout its depths likeSmee,My heart pours forth its tide of love,

And all its circuits close in thee.

「我靈魂的嫩鬚與妳的纏在一起雖然兩者相距不知多少里, 而妳的盤卷在線路中的靈魂圍繞着我的心,與心上的磁針。「如丹尼爾所創的電池那樣的穩定,如葛羅夫的那樣的強烈,如史密的那樣的激情我的心傾吐出的愛,如潮水的翻騰而所有的電線都在妳那裏合攏。
“O tell me, when along the lineFrom my full heart the message flows, What currents are induced in thine?One click from thee will end my woes.”Through many an Ohm the Weber flew,And clicked this answer back to me,—“I am thy Farad, staunch and true,Charged to a volt with love for thee. ” 「噢!告訴我,當信息從我的心裏沿着電線向妳那裏奔流, 在妳裏面產生了什麽樣的感受?妳只要撳一下,我的煩惱立時化爲烏有。」電流經過重重電阻,磁場不斷向外開展而妳又撳回來,給我下面這個答案:「我是你的電容,你用電把它注灌,我是你的電壓,把你這電池充滿。」

 

這首詩作於一八六○年。第二年摩斯電報通訊接通了美國的東西兩岸,正式結束了策馬奔馳在驛站間的郵遞服務。而麥氏方程的建立更遠在十五年之後。

遨遊在十九世紀中葉的語境中,我們發現麥克士韋用此新興的工具做了一次愛的告白。整首詩是兩段對話。長的那段是男電報員發給女電報員的信息,而最後兩句是女子的覆電,也是情的回應。所謂電報員,一語雙關。另一義是「克勒克」,即麥克士韋的姓氏。這也是丈夫寫給妻子的情詩。所用的意象,全關乎電。第一節中的電線,第二節的電池;第三節說電報的傳送,第四節除了收發電報之外,還有四個電學的單位:電阻的歐母(Ohm)、磁力線的韋伯(Weber)、電容的法拉(Farad)與電壓的伏特(Volt)。以科學名詞直接入詩,不僅不枯乾、不沉悶,反而觸發了性愛的激情,爆炸出浪漫的煙花。在詩的題材與內容上均有所拓展,有所創新。

這樣或由科學到人文,或由人文到科學,兩個領域,或兩個學科之間,曲徑通幽,擦出的火花或閃爍如星光,或絢爛如秋葉。

二○一一年九月三日於香港容氣軒

為科學人文跨科際人才培育計畫而作

 

童元方教授演講精彩影音實錄:

>>童元方教授主題演講part1

>>童元方教授主題演講part2

童元方教授演講回響文章:

>>成功大學生理學研究所教授湯銘哲

>>長庚大學通識中心特聘教授曾華璧

>>中央大學太空科學研究所教授郝玲妮

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