科學家的視野—宏觀與微觀的邊際

 

1280px-Hubble_01哈伯太空望遠鏡將人類心智視野引向宇宙的邊際

近二十年來,宇宙學(cosmology)絕對是最夯的新興科學領域之一,而且是吸引媒體關注焦點的專深物理題材。不僅是小說類的外星人、宇宙奇航,連黑洞或火星探險殖民都能成為好萊塢熱門電影的腳本。甚至希格斯粒子、重力波這類艱澀的物理學術名詞都成為新聞頭條,當然也是常民覺得好奇有趣的對象。

在諸多先驅的學術研究項目中,美國NASA主導的哈伯太空望遠鏡(HST),無疑是科學殿堂中的明星名流有如薩根、霍金者,其發現總是能博得全世界媒體的眼光。HST顧名思義是紀念主張宇宙仍在擴張的二十世紀美國天文學家哈伯。1990發射放置於拔海逾260公里的太空軌道,其上裝置有質淨2.5公尺的望遠鏡、各種光學相機,也有先進的近紅外光、可見光、紫外光、X-光光譜儀。自從約四百多年前,伽利略將望遠鏡指向星空,HST雖然孤獨的遨遊於太空,沒有了大氣的干擾,它絕對是提供了我們的宇宙距離大爆炸(Big Bang)已有137億年之久的主要貢獻者之一!

Carl SaganEdwin Hubble

 

 

 

 

 

望遠鏡促成了科學革命

望遠鏡不只是一個科學工具;望遠鏡也不僅延伸了科學家眼睛的視力範圍。視野(scope)其實是投射出觀察者心智寬廣度的邊際!

人類歷史上第一位將望遠鏡指向星空的是被譽為實驗物理之父的伽利略。他曾說:「第一眼看上去認為不可能的事,有時僅用少許理性的分析或解釋,就可把遮蔽的掩飾除去,顯露簡單赤裸的真理之美。」正顯示了立志回復柏拉圖以數學和誠實的理性認識世界的典範。當他發現木星周圍有四顆環繞的衛星時,就決心放棄教廷及世人眾口鑠金的「地心說」,而承繼了哥白尼和克卜勒革命性的「地動說」觀點。

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伽利略率先用數學非直觀的描述了力與運動的因果關係,並且提出地球重力論。科學革命的貢獻是近代科學家選擇站在歷史中自然哲學、理性哲學及形式邏輯的基礎上,學會設計實驗方法和工具,焦聚問題的核心,獲得了可驗證的數據和資訊。牛頓在1687年出版了自然哲學的數學原理(Principia Mathematica),提出運動三大定律和萬有引力定律,集物理力學之大成而完成了科學革命。

近代科學結合了實驗、批判思考和想像力,終於使心智突破感官的極限。宇宙學、天文學與理論物理學家的視野因而得以超越了歷史中的帝王對星象的幻想和遐思,甚至科學知識得以預測前人哲士賢者未曾思考、經驗甚至想像的現象!

顯微鏡揭開微觀宇宙

類似的例子是十七世紀荷蘭的魯文霍克將顯微鏡改良,並且指向視力無人能及的微生物世界。同時期英國皇家科學院的虎克不僅是牛頓的宿敵,他在1665年出版的「微觀視界」(Micrographia)中首創了細胞(cell)一詞。書中手繪的跳蚤讓倫敦民眾大為吃驚,這種肉眼難以辨識的黑黑小小來去無蹤的昆蟲,其有如變型金鋼的後腿可以讓它們一蹬可達一英呎。其力學效益好比一個人一躍三百英呎!雖然蚤目演化的歷史仍不清楚,從今日的電子顯微鏡下觀看這些可以寄生在各種哺乳動物或鳥類身上的跳蚤,其身體結構、生命週期、生活型態仍然讓我們驚訝不已。

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更重要的是顯微研究為人類心智開啟了另一扇窗。超越人類經驗的空間與時間尺度雖非無稽,卻是處處受限於我們的感官。永恆和無限只有在上帝的國度才能被允許。所以從猶太教到基督教和回教的宇宙觀是以地球為中心。上帝以天頂蒼穹為邊際,攝下了空間的界限。祂是阿爾發(A),也是俄美嘎(Ω);無始無終,自有永有。但是霍布斯的世界有了新的階層,望遠鏡和顯微鏡先後應世,為科學家開拓了新的視野,也改變了科學家對世界觀和宇宙觀的想像!

思考與實證的聯姻邁出人類文明的一大步

十七世紀理性主義抬頭,培根和迪卡爾對思考的方法和對知識的態度,在數學與物理學上開花結果。但是對物質組成的思維仍然走不出煉金術的迷宮。牛頓對重力和萬有引力的力學研究滿足了人類對物質世界運作律則的知識,他也許認為鍊金術可能引向心靈世界的奧秘!科學革命跟隨宗教改革和文藝復興的步伐,如畫破黎明的曙光,世人卻多仍在夢鄉沉睡。

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同時代的波以耳基於牛頓的物理成就,接受了霍布斯的機械哲學(Mechanical Philosophy)以及當時盛行的微粒論(Corpuscularianism)。不同的元素有不同的微粒,其排列、集合、重組、分解形成了多樣、形變的繁複世界。的確是非常先進的概念,波以耳甚至確立了以簡易有序、可以設計、理解重複進行的實驗,奠定詳實紀錄且可以檢驗結果的典範。800px-The_Shannon_Portrait_of_the_Hon_Robert_Boyle

由於波以耳不能辨別釐清元素的真偽,也無法在實驗中切實區辨元素和化合物。科學界篤信「燃素論」是燃燒現象的原因,卻無人能證明燃素的存在。對於物質性質的變化,波以耳也無法捐棄鍊金術的窠臼,甚至狂熱的探索「哲人之石」的奧秘,迷失在科學、形上學、及宗教混淆的夢魘中。

波以耳雖然出版了「懷疑的化學家」,將alchemy 改成chemistry,直到十八世紀,拉瓦節才能真正的領師揮別了鍊金術的幻境,直搗近代化學的康莊大道。

關鍵詞(Keywords)

望遠鏡(telescope),顯微鏡(microscope),視野(scope),宇宙邊際(The edge of the Universe),宏觀與微觀世界(Macroscopic & Microscopic world)

Reference:

http://case.ntu.edu.tw/blog/?p=5726

薩根(Carl Sagan 1934-1996);霍金 (Stephen Hawking 1942~);哈伯(Edwin Hubble 1889-1953);伽利略(Galileo Galilei 1564-1642);柏拉圖(Plato 428/427 or 424/423 BC – 348/347 BC);哥白尼(Nicolaus Copernicus 1473-1543);克卜勒(Johannes Kepler 1571-1630);牛頓(Sir Isaac Newton PRS 1642-1727); 魯文霍克(Antonie van Leeuwenhoek 1632–1723) ;虎克(Robert Hooke 1635–1703) ;霍布斯(Thomas Hobbs 1588-1679);波以耳(Robert Boyle 1627-1691)

 

 

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10 Responses

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