【跨科際閱讀】不自然的科學

科學方法的新鮮處之一,在於超越傳統的直覺式思維。

撰文│高涌泉(臺大物理系教授)

我們的好奇心是自然的,但科學的解釋方法卻非自然。

前幾天在網路上漫遊,無意間碰上一個名為「人物檔案庫」(Peoples? Archive)的精采網站(http://www.peoplesarchive.com/)。它的宗旨清楚寫在首頁上:「人物檔案庫致力於為後世蒐羅我們這個時代偉大的思想者、創造者、成就者的故事。你在此網站所碰到的都是各個領域的領導者,他們的工作影響並改變了我們的世界。」目前此網站已登出了31位名人的訪問紀錄影片。

人物檔案庫

人物檔案庫(http://www.peoplesarchive.com/):收集許多偉人的人生故事。

這31位名人裡,科學家佔過半數,其餘是詩人、導演、攝影師、雕塑家等。科學家又以生物或生化學家居多,其中包括發現DNA雙螺旋結構的克里克(Francis  Crick)。我沒見過克里克本人,對於他的風采相當好奇,因為和他一起發現DNA結構的夥伴華生曾說:「我知道很多外人會認為克里克才是主要的DNA頭腦,因為他很明顯超級聰明。」可惜這位傳奇人物已於2004年過世,所以能在這裡看到他的講話神態,令人高興。

更有意思的是克里克在影片中談到科學的本質,其中許多看法,於我心有戚戚焉。這些觀點前人都談過,甚至我也曾在課堂上提過,但是我覺得還是值得在此介紹一下。

首先這位「超級聰明」的人說:「我不以為我有個特別的腦袋,我的腦子和多數科學家是一樣的:對於世界感到好奇,然後學習以科學的方法去看待事情,但這並不是一種自然的做事方式,它反而幾乎是種詭異的方式。例如,中國人並沒有發現科學,任何其他文明也沒有發現科學。科學大概起於希臘,但直到伽利略才真的發展起來。伽利略之前的人都只是在摸索階段,還談不上是真正的科學家,而伽利略聽起來就像是個貨真價實的科學家。」

Crick

Francis Harry Compton Crick,1916-2004,英國生物學家,物理學家,及神經科學家。1953年在劍橋大學與James Watson共同發現了脫氧核糖核酸(DNA)的雙螺旋結構。獲得了1962年的諾貝爾生理及醫學獎。

克里克說伽利略的推理方式與實驗精神,都充份具有現代感,他知道如何建構出一般性的原理來解釋實驗,而不僅僅是以自己的方式再將實驗描述一遍。克里克強調:「我不認為(伽利略的)這種方式自然,這是你必須學了才會的事。我們的好奇心是自然的,但是用科學解釋事情的方法不是自然的。我們狩獵的祖先並不需要科學方法,他們需要的只是幾個大略的、可以馬上派上用場的主要法則,這樣他們就可以很快從一件事推論,下正確的決定。對他們來說,做決定比知道背後真正的道理重要。」

換句話說,克里克以為科學方法的新鮮處之一,在於超越了傳統的直覺式思維。當然他很了解「當你在選擇一個科學問題時,你必須依賴直覺,因為這時你還無法解釋何以這是好問題,而那是壞問題」,不過一旦你開始研究問題,你就得和伽利略一樣,仔細設計實驗去檢驗理論。

有過一些科學經驗的人對於克里克的講法或許不會覺得意外,例如,名生物學家沃伯特(Lewis  Wolpert)多年前就出版過一本談論科學意義的書,名為《科學不自然的本質》(The Unnatural Nature of Science)。我們從書名便可看出沃伯特的見解和克里克一樣,無論是就方法而言,或是從累積起來的科學知識而論,科學的確是不甚自然。

然而儘管科學家對此有相當共識,還是有許多人對此「不自然性」相當陌生。證據之一便是我們常常會聽到一種主張:要讓學生以生活化的自然方式接近科學,最好能讓他們自行建構出科學知識來。的確,科學所處理的當然都是自然現象,不過如果沒有老師的指引,學生不太可能摸索出正確的道路。以物理學第一課的慣性原理為例:這項原理的意思是「物體如果沒有受到外力,它將保持等速前進或靜止」,可是在自然環境中,物體幾乎不可能不受力,尤其是摩擦力,所以如果沒有伽利略告訴我們這個違逆直覺的原理,我們很難自行想出來。依直覺,我們都會和另一位超級聰明的人——亞里斯多德——一樣,認定物體的「自然狀態」就是靜止不動的。

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Galileo Galilei(1564-1642),義大利物理學家、數學家、天文學家及哲學家,為科學革命中重要人物。他最先有系統的研究等加速運動,奠定了牛頓運動定律的堅實架構。伽利略的成就被後世譽為「現代觀測天文學之父」、「現代物理學之父」、及「現代科學之父」。

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