孫維新：科學發現的喜悅與哀愁

孫維新：科學發現的喜悅與哀愁
【聯合報╱孫維新】
2008.12.07 03:00 ऍम 來源 http://udn.com/NEWS/OPINION/OPI4/4632977.shtml

十一月廿八日晚間在「展望」系列中聽了王道還兄的精彩演講：「一文錢難倒英雄漢」，他以伽利略和達爾文為例，討論科學家的貧富狀況對他們處世態度的影響，也提到了伽利略在翡冷翠製造望遠鏡，獻給梅迪奇親王的故事。演講結束後我上了午夜的飛機，翌日中午就抵達了翡冷翠。到了旅館放下行囊，馬不停蹄前往翡冷翠西邊的另一個城市－比薩。兩個多小時之後，我已經站在比薩斜塔前面，隔著草坪，欣賞也憑弔這個傳說中伽利略曾經做過物體落地實驗的地方。
傳說中，伽利略曾經爬上斜塔，從頂樓陽台上朝下丟東西。這個聽起來十分缺乏公德心的行為，其實是個劃時代的物理實驗，主要在彰顯一個事實：無論物體輕重，從同一高度落地的時間是一樣的。當時的人們直覺地認為重的東西像是石塊、鉛球掉得快，而輕的東西像是紙片、羽毛要飄飄盪盪好一陣子才落地。這是因為空氣浮力的關係，如果沒有了大氣，無論輕重，從同樣高度鬆手，都會同時著地。因為決定落地時間是「重力加速度」，而在地球表面，每個物體所感受到的重力加速度是一樣的。
落地實驗 斜塔傳說何其動人
花了十五歐元買了入塔的門票，一路盤旋而上，到了頂樓陽台俯身下望，遙想當年比薩城的市民群集塔下，仰望這位當時已頗有名氣的科學家，試圖藉著簡單的實驗，破除長久以來深植人心的迷思，這個畫面何等動人！
不過遍查正史，卻從來沒有伽利略登上斜塔進行實驗的紀錄，唯一類似的記載來自伽利略忠心耿耿的學生維維安尼以小說形式撰寫的傳記。正史上記載伽利略是在實驗室中光滑的斜面上進行輕重物體下滑的實驗，物理意義一樣，但是戲劇性就差多了。
其實不需要真的做實驗，只要在腦中思考就知道結果：試想我們手上有兩個球，一個十公斤的大球和一個五公斤的小球，假設真的是大球掉得快，小球掉得慢，那現在用一條線把兩球相連，手一鬆，一定是大球在下，拉著上方的小球往下掉，兩球互相牽制，大的快不了，小的慢不了，結果這個連著的兩球掉落的速度，應該慢於單獨的大球，但快於單獨的小球。此時我們逐漸將線縮短，到最後兩球結合，成為一個十五公斤的更大的球，一個十五公斤的球怎麼會比十公斤的球掉得慢？矛盾出現了，因為前提就是錯的！輕重不同的球不應該有不同的速度。
公布真相 遠比發現真相更難
討論再多，不如一見。阿波羅十五號的太空人在沒有大氣的月球表面，左手拿著一隻羽毛，右手拿著一個榔頭，雙臂平伸，兩手一鬆，羽毛和榔頭同時墜地。太空人雀躍萬分，說：「畢竟伽利略是對的！」看到影片中的這一幕，課堂上的學生發出驚嘆，從此以後，他們的觀念在這一件事上再也不會有錯。
自然科學的突破，多半來自傑出心靈超越日常直覺的敏銳觀察，但有了突破之後，常常困難才開始。因為要顛覆世人心中的定見，遠較爬上斜塔往下丟東西困難得多。但科學工作者與生俱來無可抗拒的使命有二，第一是發現「真相」，第二是將「真相」公諸於世，這是科學工作者最大的喜悅，但在一個「下士聞道，則大笑之」的年代，同時也會帶來最深沉的痛苦與無奈。不過轉念想想，凡事不都如此？我在蒼茫暮色中告別了斜塔，走向夜幕降臨的比薩市街。
（作者為台灣大學天文物理研究所教授）
【2008/12/07 聯合報】@ http://udn.com/
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