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為何明明是唸科學學位,卻成了哲學博士(Ph.D.)呢?——《物理雙月刊》

物理雙月刊_96
・2017/05/10 ・3011字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 539 ・八年級

文/何健民|美國維奇塔州立大學物理系榮譽講座教授(旅美退休物理講座教授)

博士:知識的追求者

source:R.I.T

我怎麼會是哲學博士?

想當年,我在大學唸了四年化工,又在研究所唸了四年化學,就成了哲學博士(Doctor of Philosophy,簡稱 Ph.D.) 。不少朋友、同事也有這麼一個頭銜。偶爾想一想,這個頭銜有點奇怪:哲學問題在我意識中,泛及人道、人本、生命、生存、或是倫理。 我只能說是似懂非懂,更不要說它們和我從事的低溫物理研究拉不上什麼關係。至於博士:唸研究所、以及畢業後工作,都講究專、精,偶而有些人可以精而博,倒底是少數。

所以在這裡自問自答「我怎麼會是哲學博士?」。順便在後文中提出一項相關、或可供思考的議題。

先說「博士」,在這裡是一個翻譯名詞,拉丁文中 Doctor 的原意是教師,也代表他們對知識的追求。可是在我們文化裡,一般把讀書人、尤其是作研究的,認為知識淵博,天文地理無所不通。

這種代表群體的觀念,應該不適合在個人。但任何有歷史性的名詞,都免不了這種經久、時過境遷後,名實不符的現象。例如:今天在西方可能有素食的屠夫(Slaughter)女士 、或是手無縛雞之力的鐵匠(Blacksmith)先生,他們的姓氏只是反應祖先曾有的職業,不改也罷。何況新的科學產生新的技術、儀器;而新的技術、儀器又導致更新的科學。人類的知識層面隨時間變得寬廣,只要不太挑剔,我們對繼續延用博士一詞也就無可厚非吧?

拉丁文中 Doctor 的原意是教師,也代表他們對知識的追求。圖/By myrfa@Pixabay

哲學:探求萬物之真理

再說「哲學」:假如把哲學換成科學,問題可以說就少了一半,因為我是在作科學研究。有些學校確實頒授科學博士 (Doctor of Science)學位,對學科和研究的要求和哲學博士學位要求沒有實質上的差別。所以讓我們看一看科學和哲學的歷史淵源。哲學一詞源自古希臘文,意謂對智慧的熱愛(Love of wisdom)。

我們稱亞里斯多德(Aristotle, 384-322 B.C.)為哲學家,他寫了很多有關在今天會屬於物理、天文、生物、化學及心理的文章。經過千、百年的發展,哲學的多向分枝中出現了一枝所謂的自然哲學(Natural philosophy)。牛頓(Isaac Newton,1643-1727)在 1686/1687 年出版自然哲學的數學原理(Philosophiae Naturalis Principia Mathematica),反應自然哲學一詞在當時被使用,相當於對自然界系統研究的通稱。

自然哲學的數學原理(Philosophiae Naturalis Principia Mathematica)。圖/By Zhaladshar, Public Domain, wikimedia commons

15 – 17 世紀間,歐洲文藝復興,自然哲學成就突飛猛進,人才輩出,除了牛頓,其他有絕對貢獻的包括哥白尼 (Nicolaus Copernicus, 1473-1543)、布拉赫(Tycho Brahe,1546-1601)、布魯諾(Giodano Bruno,1548-1600)、培根(Francis Bacon,1561-1626)、伽利略(Galilio Galilei, 1564-1642)、克卜勒(Johannes Kepler, 1571-1630)、波義耳(Robert Boyle, 1627-1691),尤其是伽利略引進數學分析、以及培根提出基於經驗(觀察、實驗中取得客觀事實)和理性(邏輯、歸納)的科學方法,對以後的研究產生極大影響。

即使如此,科學一詞仍停留在地位未明階段,可以從一張 17 世紀荷蘭萊頓大學(Leiden University)圖書館簡圖中看出來:大廳中兩行書架,每行 11 排,分別標明為數學一排;哲學、文學及醫學各兩排;歷史四排;法學五排;神學六排。顯然的,科學或是自然哲學仍被包含在哲學架上。凱爾文(Lord Kelvin,1824-1907)和泰特(Peter Tait,1831-1901)在 1867 年所完成,從能量觀點涵蓋大部分物理的專著, 仍是名為自然哲學論(Treatise on Natural Philosophy)。

自然哲學論(Treatise on Natural Philosophy)。圖/amazon

想做自然科學?先來觀測、實驗

真正要到 19 世紀末期,對科學的觀念才會進展到現代形式。嚴格來說,其中唯有以觀測或實驗為依據的才是自然科學,它們源自對定量推理和解釋有必然要求的自然哲學。另外一些現代科學是基於定性及描述為主的自然歷史(Natural history),位於美國華盛頓的國家自然歷史博物館(National Museum of Natural History)、紐約的美國自然歷史博物館(American Museum of Natural History)及英國倫敦的自然歷史博物館(Natural History Museum)皆以之為名。當然,自然科學和自然歷史有密切關連,更有很多重疊。

既然科學的前身是「自然哲學」,除非有人堅持戰國時代公孫龍(c. 325-250 B.C.)的白馬非馬辯證法,不然把「哲學」按在我的頭銜上,也就說得過去了。

如此說來,「我怎麼會是哲學博士」的答案,有點像是「眾裡尋他千百度,驀然回首,那人卻在燈火闌珊處」 。

從牛頓及凱爾文和泰特的論著中可以明顯看出:早期的自然哲學主要內容是物理。波義耳在 17 世紀後期就提出和煉金術(Alchemy)截然不同的觀念,但要到 19 世紀中葉,科學家才有物理、化學之分。不久又加入了生物和地質學,院校中開辦了相關科系。到了 20 世紀,科學知識大幅上升,為了「實際需要」,每一學門又經細分,例如天文、固態和核子物理;有機、無機和分析化學;分子、生態和遺傳生物;以及大地、地層和構造地質。再往後,物理學中又增加了量子、高能等領域。其他學門也是日新月異。

就再以物理為例:報告研究成果最主要的期刊是始於 1893 年的物理評論(Physical Review)。因應論文的增加,它在 1970 年將每期分為四冊:簡稱 PRA(原子、分子、光學)、PRB(固態)、 PRC(原子核)及 PRD(粒子)。1993 年又從 PRA 分出 PRE(統計)。PRB 也在 1978 年將固態(Solid State)擴展到凝聚體(Condensed Matter),20 年後再增訂為凝聚體及材料物理(Condensed Matter & Materials Physics)。研究生選擇領域愈來愈廣,結果使得博士們更加學有專精

跨領域合作,令探索旅程更加豐富

就在整盤科學形勢大好的時候,巳經很少、幾乎沒有人可以或可能橫跨多種領域。同時也出現了一些難免的困擾:有人會說「我作遺傳生物研究,地質對我完全無用」、甚至「我是物理學家,我對化學完全沒有興趣」。久而久之,不同的學門間似乎有了相當的隔距。是否我們忘記了當初學門區分的原因只是為了「實際需要」。

教學與研究可以有純物理、純化學、甚至是純有機化學或是純量子物理的課題,但是想要暸解自然界中任何一環,就常需要從多方面入手,不然就像瞎子摸象。幸好合久必分、分久必合,跨領域的課程、例如生物物理和地質化學,逐漸被接受。再進一步,有了生物化學或類似的新科系,而材料學更使多種科學與應用為主的工程學門結合。

即使如此,針對某些課題,有時也需要兩、三或更多來自相同或不同系所、甚至不同院校或其他單位成員的組合,每人各有專長,互相取長補短,解決研究瓶頸。有了成果,撰寫報告論文時,大家同時列名為共同作者。這種作法可說是很有意義也很有實效,但不時由於人為因素,衍生一些爭論。或是共同作者間爭功;或是有名、位的人自動或被動列為作者之一,無功受祿,遇到論文發表後出了差錯,就又撇開責任。加上院校內行政操作中,遇到申請升遷,列舉研究成果時,共合發表的論文常會引起「你有多少貢獻」甚至「你有百分之幾貢獻」的疑問。

這種爭議的合理性,因事因人而異,本無可厚非。但是回顧科學源於自然哲學,對智慧的熱愛應該是哲學或科學家基本的性格,增進對自然界的整體瞭解應該是首要的目標,而我們已是專而不博,一加一大於二的合作應該受到鼓勵;相反的,太注重「功勞分配」、「名利歸屬」考量不免產生的負面影響,是否可以儘可能減低?至少這是我的希望。


 

本文摘自《物理雙月刊》39 卷 2 月號 ,更多文章請見物理雙月刊網站

 

 

 

 

 

 

 


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為什麼吃甜的會蛀牙?——《生活中的東西都可以寫成化學式》

快樂文化
・2022/05/09 ・1404字 ・閱讀時間約 2 分鐘

來談談我們的敵人——蛀牙。

蛀牙的化學物語

導致蛀牙的主要原因有兩個。前面提過的蛀牙菌是其中一個因素,而蛀牙菌具體的名稱為「轉糖鏈球菌」,據說這種細菌常在孩童約三歲以前經由大人傳染,原因包括使用父母用過的筷子和湯匙,或輪流喝飲料等;另一個因素就是食物中所含的糖分,主要成分為「蔗糖」。

這兩個因素結合在一起時,就會發生以下情況:首先,轉糖鏈球菌利用蔗糖製造一種稱為「葡聚糖」的分子。葡聚糖的化學式為(C6H10O5)n,後面會再詳細說明。葡聚糖附著在牙齒表面,會成為轉糖鏈球菌的棲息地。此外,口腔中的其他細菌(根據統計,口腔中的細菌有 600 多種)也會混入其中。

這些附著在牙齒上的組合物稱為「牙菌斑」,有時也被稱為「齒垢」或「生物膜」(biofilm,又稱菌膜)。你可能在牙膏等的廣告中有聽過這些名詞。

之後,獲得棲息地的轉糖鏈球菌會產生大量的「酸」,引發去礦質作用,最終導致蛀牙。這個過程如下列所示。

轉糖鏈球菌生活在溫暖的葡聚糖裡,並分解出乳酸;事實上它們也會分解出醋酸,及一種稱為甲酸(HCOOH)的酸,但乳酸所佔的比例較高。這些酸會引發強烈的去礦質作用,溶解牙齒並造成蛀牙。

在這種情況發生前,必須好好刷牙,以澈底清除黏附在牙齒上的牙菌斑(葡聚糖+細菌)!即使是漱口,具黏性的牙菌斑也不易脫落,最有效的方法還是好好刷牙。而牙膏中含有研磨劑(可幫助去除汙垢的顆粒),能有效去除黏黏的牙菌斑。

不易蛀牙的甜食

上個單元我們說明了糖是如何引起蛀牙的。事實上也有一些分子的味道就和糖一樣甜,但卻不太容易引起蛀牙,其中最有名的分子之一就是「木糖醇」,你可能有聽過加了木糖醇的口香糖吧!這個分子的化學式為 C5H12O5,詳細的結構如下圖。

為什麼木糖醇味道甜甜的,卻不容易引起蛀牙呢?在回答這個問題前,我們先回想一下為什麼蔗糖(糖)會導致蛀牙。蔗糖是轉糖鏈球菌用來製造葡聚糖的材料,而反應過程中產生的果糖,會被轉糖鏈球菌做為養分來源,並分解出乳酸分子。

那木糖醇呢?首先木糖醇不像蔗糖是製造葡聚糖的材料,另外轉糖鏈球菌不會把木糖醇當成養分來源,所以也不會分解出乳酸。因此它們的味道雖然很甜,但卻不容易引起蛀牙。

這裡出現了一個問題。木糖醇和蔗糖的結構看來截然不同,但為什麼味道也是甜甜的呢?若像下圖一樣,稍微改變一下木糖醇的畫法,就會發現它的結構與構成蔗糖的葡萄糖和果糖很像,具有許多羥基這點也非常相似。

——本文摘自《生活中的東西都可以寫成化學式》,2021 年 11 月,快樂文化


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