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集眾智以成博學

1970年代初期的某天,一輛黃色計程車徐行在紐約市公園大道上。從各方面看來,這不過是一件尋常的偶然事件,古往今來終日重複數千次。然而,這趟車其實很特別,因為它和人類史上最偉大的條約之一,所謂 《公園大道條約》(Park Avenue Treaty)有關。條約的簽署人是共乘計程車的艾薩克‧阿西莫夫(Isaac Asimov)與亞瑟‧克拉克(Arthur C. Clarke)兩位。阿西莫夫在條約中堅稱克拉克是世上最優秀的科幻小說作家(他個人謙居第二),而克拉克則堅稱阿西莫夫為世上最優秀的科學作家(他個人也謙居第二)。克拉克並在自己的小說《三號星球報告》(Report on Planet Three)獻詞頁上加以引用:「根據克拉克-阿西莫夫條款,世上次優的科學作家,謹將此書獻給世上次優的科學小說作家」。


亞瑟‧克拉克(左)和艾薩克‧阿西莫夫(右),《公園大道條約》的簽署者。

該條約代表了逝去時光裡眾所遺忘的真相之一:阿西莫夫廣被視為最傑出的科學傳播工作者之一,雖然後人最常想起的是他的科幻小說(如果你還沒有讀過《基地三部曲》原著,別上網了吧,快去找小說來讀;這篇文章會一直在這)。蘇聯發射名為史普尼克(Sputnik)的人造衛星幾年後,大眾普遍關注的是美國與他國家間的「科學鴻溝」(可說是當今美國落差日漸明顯的先例),當時的阿西莫夫已是一位造詣高且受歡迎的科普作家。阿西莫夫的作品豐富,接受度高,極受喜愛。庫爾特‧馮內果(Kurt Vonnegut)曾問阿西莫夫,無所不知是什麼感覺。阿西莫夫答,他自己肩負全知之聲望,感到提心吊膽。

儘管態度謙虛,阿西莫夫的盛名實則當之無愧。從各方面看來,他都是一個博學者,擁有出眾的才智與專業,能跨足人類各領域的浩瀚知識。縱觀歷史,我們還能找到更多像這樣的通才,在流行文化中已眾所周知。也許最有名的就屬李奧納多‧達文西(Leonardo da Vinci),他被視為史上最卓越的機械天才和藝術家。年輕時的達文西師從翡冷翠(Firenze)藝術家韋羅基奧(Verrocchio),終日沉浸在藝術與技能培訓裡:畫草圖、製作金屬、素描、雕刻,與繪畫。達文西的精湛技巧在早年便顯露出來,才會有些傳聞軼事,提到達文西在韋羅基奧的指導下學畫,因其繪畫技巧高超,以至韋羅基奧發誓再也不提畫筆。達文西的一生中創作出許多令人驚嘆的藝術作品,至今仍備受崇敬的像是〈蒙娜麗莎〉(Mona Lisa)、〈最後的晚餐〉(The Last Supper),和〈維特魯威人〉(Vitruvian Man)等。我最喜歡的達文西真跡之一,就是他在西元1473年以阿諾河谷為景的首張畫作草圖。他只用了簡單的線條,但不知怎麼卻能捕捉遠方生氣蓬勃的義大利鄉村景致,雖然實際上我本人從沒去過那。

〈托斯卡尼的景觀〉。阿諾河谷的草圖是現下所知最早期、出自李奧納多‧達文西之手的藝術作品。

在我的腦海裡,我想像年輕的達文西在一片綠草如茵的山坡上席地而坐,有紙筆在手,用快速的線條與色調描繪著他的家鄉景致。隨著阿諾河谷的輪廓,蒙特盧普城堡的城牆在畫紙上浮現,他的心思想必徘徊在想像力的沃土上,盡情探索那些受陽光與美景照拂的創想種籽。達文西是不會輕忽這些種籽的。他的天才和創意無人不曉,不僅創作出幾幅西方文化裡最著名的藝術作品,也開創了許多前衛的奇想,像是對飛行與直升機的構思、使用太陽聚焦的能量、以及地殼表面移動的可能等(即今日地質學家所說的板塊構造)。達文西對任何議題皆感興趣,好奇心從不倦勤。他是真正不折不扣的博學者。

人性中很有趣的一個事實是,我們不贊同的行為,卻經常又是我們看重的。史上最受崇敬的科學家們幾乎個個是博學多聞的人:達文西、伽利略(Galileo)、牛頓(Newton)、惠更斯(Huygens)、費曼(Feynman)、和戴森(Dyson)等。但在學術界,我們並不鼓勵博學多聞。我們鼓勵的,是大學教授們心胸狹窄,把全副注意力與努力都投注於狹隘的科學領域裡故步自封,這樣他們就能在定義嚴格而刻板的知識框架中,繼續當世上首屈一指的專家。然而奇特的是,人類在科學上所運用的非凡想像力,卻是仰賴高度跨學科的專業貢獻,需要五花八門的領域中,數以百計個科學家的前仆後繼。

比薩(Pisa)市郊、離文西城(Vinci)西邊約一小時路程之處,有一當今最偉大的科學奇蹟正在成形。天文學家、物理學家,還有計算機科學家與工程學家、雷射技術專家等人,正在合作建造一個長達好幾公里的巨型雷射干涉儀,名為Virgo (http://goo.gl/maps/CYzrE)。在德國漢諾威(Hannover, Germany)外圍的農田,亦建置完成了一個相似於此、但規模較小的天文台,稱為Geo (http://goo.gl/maps/Ozlco)。日本也正在西部著名的神岡天文台(Kamioka Observatory)底下,建造名為Karga的設施。美國兩個大型天文台,LIGO(全名為雷射干涉重力波天文台),至今亦興建完畢了,一座位在華盛頓州高地沙漠東部,靠近漢福德保護區(Hanford Reservation)(http://goo.gl/maps/C1QEj),另一座則在路易斯安那州翠綠的絲柏樹林裡,靠近利文斯頓(Livingston)(http://goo.gl/maps/pifQn)。

干涉儀已在物理實驗室裡服役了一個世紀,而,上述這些更為龐大的科學儀器則是干涉儀的同輩,只是增強了4000倍,它們配上全國最先進的雷射裝置、隔震系統、世上最大的真空系統、3萬個環境感測器,並連結了一個最強大的電腦網路好作科學分析。這些天文台的目標,是檢測物理學界裡的終極使命:重力波(Gravitational waves)。

重力波可說是人類觀看宇宙的全新方式,它不是透過光,而是透過重力。事實上,你所知的宇宙,包含你曾被教導的一切、在教科書或電視新聞上所學到的種種,本都是由望遠鏡循光發現的。

哈伯太空望遠鏡(左)深入宇宙、拓展了我們的視野,為我們呈現像這樣的船底座星雲(右)的奇景,及一個秘密的恆星誕生地。

這項悠久傳統,是由另一位偉大的博學者伽利略‧伽利萊(Galileo Galilei)為人類流傳下來的。伽利略在1609年成功製作了一台望遠鏡,並於次年把這個經驗寫進他的知名著作《星際信使》(Sidereus Nuncius)裡。那台大小適中的望遠鏡,正是今日尋常人家在後院使用的望遠鏡前身,也是哈伯太空望遠鏡的濫觴。望遠鏡告訴我們人類在宇宙中的位置;然而隨著觀點的改變,宇宙裡仍有大片新疆界等待探索。對重力波的探測,將徹底改變我們對小型天體物理系統的理解。我們將能直接探測中子星的內部結構(目前所知密度最高的物體),看它們在巨大碰撞間爆炸;我們將能觀賞黑洞的誕生與衰亡,觀察它們的尺寸和旋轉方式;我們將能看見行星墜入混亂的螺旋式軌道,在黑洞周圍揭示其重力場範圍、結構、與形狀。如果我們幸運的話,甚至可以檢測到大爆炸(Big Bang)所引發的重力波回聲,此微弱聲響跨越了漫長的40萬年,遠早在任何望遠鏡發明之前。

愛因斯坦在1916年發想出重力波的概念,但他自己幾乎即刻拋棄這個想法,因為據他預料,當時我們並無能力檢測這種物理效應。然而,時空快轉到近代,我們能憑靠的不僅是單一技術,而是眾多改良的技術。今日我們用來探測重力波的這些儀器,是匯集眾人之智與各學科人才之大成,才鑄造出來的。

這些干涉儀是由我們最好的建築承包商籌備興建;它們的巨臂長度驚人,連地球的曲率都有影響。整整4公里的儀器臂,是由直徑1公尺的真空管以螺旋方式焊接製成,管壁不得有任何漏洞或縫隙。熱傳工程師必須在射線管上設計更大型的緩衝設備,讓受日升日落照射下的長臂能自然地收縮和膨脹。地震學家、氣象學家、和電機工程師必須做出約3萬個環境感測器組合而成的網絡,用來監測及報告天文台的狀態與環境。隔震工程師必須謹慎地搭建懸架系統,過濾周遭所有震動噪音,包含廊上走過的人聲、地球另一端地面運動造成的回聲震動、以及十英里外的公路上車輪的轟隆聲。

計算機科學家和網絡工程師已設計了一個計算與資料探測系統,用來處理成千上萬個連結,將數據儲存起來且處理,再將處理過的數據發送到世界各地近1000位合作的科學家手中。專業的光學工程師和雷射物理學家亦建造了一個雷射射入控制系統,這個系統在輸入一道紅外雷射線後,會使其在真空射線管裡上下來回400次,循環總計超過1600公里,然後再將雷射光反射回來,最後統一測量其極微小的距離變化;這些變化代表了宇宙遙遠一角傳遞過來的重力波信號。

看看這條達4公里長的機械臂(左),或瞧瞧計算機系統內部的精密儀器如何與錯綜複雜的感測網絡連結,就會知道LIGO是一台了不起的探測器。

從這壯觀的儀器頂點往下瞭望,視線隨它的手臂延伸至4公里外的探測站,我們很容易為這些科學家與工程師的創造力驚嘆不已。這個大型團隊裡的人持續會面、討論、設計、測試,最終成功地建造出一台人類史上最靈敏的科學儀器。這一池人才一路上殫精竭慮模擬每個可能的問題,並設計解決方案。他們碰過無法預料的困難,查出障礙的原因然後找到了答案;有了這些,才讓我們得以持續在發明這條漫漫長路上邁步向前。這些偉大的機器,以及它們為我們所帶來的發現,是這群人奉獻與毅力的證明,也好比是牛頓,惠更斯,和達文西等輩留給人類後代的餽贈。受惠於這般科學儀器,我們成了另一種博學,這並非單憑一己之智力,而是仰賴一個龐大團隊的能力,將好幾十年的研究成果串連在一起。由於這些努力,我們才能安然地站在巨人的肩膀上,屏氣凝神的期待,理所當然地以我們的科學成就為傲。

從空俯瞰位在漢福德的LIGO干涉儀。

置身LIGO的頂點,不得不因兩件事情而讚嘆不已。第一,眼前這個令人敬畏又鼓舞人心的畫面,是全然經由人類的智慧與毅力所構築而成。像LIGO這樣的儀器,根本上改變了我們看待宇宙的方式,促使人類突破生理感官所強加的偏見與限制,開始聆聽宇宙之中,從未聽聞過的宏偉交響樂。第二,這台機器不僅是天體物理學等學問的開端,新的技術和新的見解更會回流至社會中,以意想不到的方式激勵年輕的一代前進。阿波羅天文探測計畫如此,很多人相信LIGO也是如此。LIGO採用的雷射技術已開啟了碳纖維複合材料的應用大門,可用來測試飛機零件。

Einstein@Home (如它的手足,Seti@Home)是首次集結家用電腦做科學集體計算之用,能將所有因週一足球之夜而閒置的電腦,化為一台世界級超大計算機。LIGO先進的雷射控制系統,展示了當今雷射運用方法的精確,舉凡從雷射焊接、精密的雷射切割技術,到先進的雷射武器系統皆是。事實上,這些都是無心插柳;創意的種籽萌芽於精緻與粗糙並存的環境裡,在兼容並蓄的沃土中成長。是數大之美,造就了今日的博學。

(註:Einstein@Home「愛因斯坦回你家」計畫由美國LIGO與德國GEO600兩重力波天文台合作,收集宇宙中的數據,以證明愛因斯坦廣義相對論中重力波的確存在。Seti@Home是和Einstein@Home同樣作法的分散式運算計畫,目的是尋找外星智慧。)

駐足在LIGO的頂點凝視機械長臂,成就的喜悅卻讓我們更篤定:我們應當做得更多才是。這世上需要更多的博學通才,無論規模大小。我們應當解放那些受到束縛的年輕科學家,允其心靈流浪至美妙瘋狂的奇想裡,縱情想像未來的模樣。有時很難知道這種自由無拘能帶來什麼好處,尤其是在這經濟災難與政治衝突不斷的艱困時刻。要那些身為先鋒的科學領導者(「灰鬍子」,我如此稱呼他們)鼓勵青年科學家擁有廣闊的思維,更是難上加難,畢竟任何偉大的新發現,都能輕易地掩蓋前者知識看似微薄的貢獻;科學家的自我(儘管外表虛張聲勢)是很脆弱的。但這仍不能改變我們需要更多博學者的事實,這不只是為了要激勵人類去開拓與探索更多疆界,也是為了用更創新的思維、而非狹隘的觀點,來處理具挑戰性的議題。世上問題如此多,唯有創造性思考才能有所作為。

駐足在LIGO的頂點凝視機械長臂,我不知道若達文西此時也在這,他會怎麼想?我能想像他坐在我身側,有羊皮紙與筆在手,正用有力的線條速寫著LIGO的雙臂、華盛頓東部的灌木沙漠林景、與響尾蛇山的遙遠疊影。我任由思緒遊盪,想像著世界上還未發生的所有可能。

作者:Shane L. Larson
譯者:Angela M.H. (現為自由譯者,歡迎聯繫 angela.mh19@gmail.com)

本文原發表於Write Science[2012-11-4]

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