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科學就是不停的搞錯!歷經多次修正的原子說

唐唐圖_道爾吞V3

文/唐啟軒

在學習科學的過成中,我們經常會讀到一些突破性,或是對往後科學發展有重大影響的理論或學說。各位有沒有好奇過,到底這些科學家的腦袋裝了些什麼,才能讓他們在知識與資源相對現代匱乏的年代,想出這些之於當代彷彿外星語言的理論?難道各個都是骨骼精奇、天生神力的學術奇才,用腦袋憑空就能想出這些精美的理論?

事實上當然不是如此!其實科學史如果攤開來,就是長江後浪推前浪,一代新人打舊人。如果觀落陰來看這些偉大的科學家,背後一定都有一排臉被打腫腫的前輩們。就拿原子來說好了,最著名的就是道爾吞(John Dalton)的原子說。也就是:

1.一切物質都是由不可分割的原子所組成

2.相同元素的原子質量大小皆相同,反之則否

3.化合物是由不同種類的原子以固定的比例組成的

4.化學反應是原子間以重新排列組合出新的結果。在反應的過程中,原子不會改變它的質量或大小,數量也不會增減。

德謨克利特

德謨克利特。圖/Pinterest

但其實原子這個理論,可是從好久好久以前,宙斯還在變身下凡把妹的古希臘時代,就已經成形了呢!

生於西元前四百年的哲學家德謨克利特(Δημόκριτος)認為,整個世界的本質由「原子」與「空虛」(或譯做虛空)所組成。原子是組成世間萬物不可再切割的小顆粒,不同顆粒間沒有性質上的不同,僅有排列次序、位置以及形狀的不同。而空虛是指空虛、寂寞、覺得冷的那種空虛嗎?絕對不是!我們看到的存在東西,都是由原子組成;至於我們沒看到的那些非存在東西,則是由所謂的空虛所構成的。

這些都是德謨克利特經由觀察水蒸氣,以及香味飄散等等的生活經驗,把這些科學現象透過哲學思考而來。所以初代版本的原子說,並不完全是科學理論,像是「空虛是『非存在』不等於『不存在』」,甚至最後得出「人便是一個小宇宙」這樣的結論,通篇充滿了哲學的味道。

墨子

墨子。

同一時期,中國恰逢百家爭鳴的戰國時代,墨翟,就是我們所熟知的墨子,也提出了類似的理論。中國自古信奉五行論,就是萬物都由金木水火土,五個元素所組成。這與西方的三元素說或四元素說類似,可以看出當時對於物質的理解是相對直觀的。而墨子卻在其著作《墨經》裡面提到:「端;體之無序最前者也」,意思就是物體切到不能再切以後留下的東西,就叫做「端」。這是中國首次有人提出,物質最終會呈現一個不可分割狀態的概念。

相對於同時期的公孫龍:「一尺之棰,日取其半,萬世不竭。」意思是木杖可以被無限次的被分成兩半再兩半,也就是物質永遠不會到達不可切割的狀態。換句話說,如果你失戀後說自己心碎成無數片了。公孫龍會點點頭,墨翟則會跳出來指著你的鼻子,告訴你:「不可能真的無數片,一定數的出來,只是你不夠努力!」

牛頓

牛頓。圖:wikimedia

至於我們耳熟能詳,除了白雪公主以外的蘋果最佳代言人——牛頓。他不止發現地心引力,以及發明讓許多大學新鮮人崩潰的微積分,同時他也是微粒說的擁護者。他引用了古希臘人,以及波以耳對於原子的看法。他把運動定律導入原子理論,從此原子說不再是原子亂飄亂排列,而是像小皮球般,受力就會移動、碰撞時會反彈,有了十分具體且可預測的運動模式。同時他也支持光也是像原子般的微粒,所以遵循直線運動、反射等等的運動定律。但他把原子的概念限縮在物質世界,對於所謂「空虛」或者是其他德謨克利特所提到的哲學思考分,則是不被牛頓接受而被果斷放生,真是一個不空虛的人呢!

後來就是我們在文章前面所提到的道爾吞原子說了,相信聰明的你一定有看出,其實道爾吞原子說的理論裡面,多少都能看出一些前人理論的影子。本文說提及的人物們,僅僅是原子理論發展史中,幾位比較代表性的人物。每次新的理論提出,都替原本的理論補齊缺失,亦或是修正錯誤的部分,總之就是替舊理論去蕪存菁。而原子說正是靠著這些科學家們,前仆後繼地打人臉然後被打臉。

其實道爾吞的原子理論也並不是完全正確的版本,他的四大理論中的三項也分別被湯木森(Joseph John Thomson)、拉塞福(Ernest Rutherford)等人修正,甚至後世的原子理論在量子力學的世界裡幾乎推翻,靠著不停的修正後重新到達全新的領域。所以說,科學就是不停的搞錯。重要的是虛心學習的同時,也要記得保持一顆謹慎懷疑的心。

本文轉載自LIS線上教學平台

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