化學有趣在哪裡？做實驗怕水逆嗎？和科學玩成一片的科學家林志民

2017/05/09 |

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為什麼需要研究分子和化學？

大氣中存在許多分子，雖然看不見，卻跟人類生存密切相關。例如「過氧化氯」加速臭氧層被破壞、「克里奇中間體」影響酸雨的形成。這類基礎研究的成果雖無法賣錢，但對於理解大自然的力量相當重要。中央研究院原子與分子科學所－林志民研究員，將研究分子和化學當作夢想職業，並創辦《科學家在玩什麼？》體驗營，讓高中生體驗科學之趣味與精髓。

化學是「研究變化」的科學，有趣的點在於連「規則」都要變化。學生在化學時，遇到的最大障礙是化學有很多「例外」，其實不是化學有很多例外，而是它的規則不像物理和數學這麼清楚。理解化學的眉角就是「要在適當的地方，挑選適當的規則」，該如何挑對規則就得靠累積經驗，包含動手做實驗、了解理論、參考別人的研究結果。

研究化學不是只為了寫論文，更重要的是透過實驗，尋找自然現象中未知的答案。圖／Clay Banks @StockSnap.io

我不知道水星什麼時候逆行。其實水星逆行是「地心說」的缺陷，最早的天文學家認為地球是宇宙的中心，所有的星星繞著地球走，這產生的問題就是水星會逆行。後來天文學發展得比較好，按照「日心說」來看，水星就好好地順著太陽繞圈，沒有水星逆行這種事。

反而更該注意「莫非定律」，做實驗前會先設想最壞的狀況。實驗時差點燒起來、差點打翻東西，多多少少都會發生，不生氣是不可能，只能隨時提醒學生「命是自己的」，或是旁邊的人的命……。

林志民給實驗室新成員的提醒信：安全第一！圖／林志民提供

實驗失敗是家常便飯，數失敗的次數沒有意義！重點是搞懂「失敗」的原因：是不是不小心、不了解自然律、或是錯估了什麼。當然最後一定要弄對，才能得到想要的結果，只要最後發表的研究成果正確，就算過程中把東西弄壞，這也是學到經驗的機會。

林：小時候會拿放大鏡，聚焦陽光燒螞蟻。國中買了一個三用電表當玩具，可以量電壓、電流，就把鐵釘和銅釘插到水果裡面，量量看電位差，或是量量看什麼東西導電、什麼不導電。高中除了玩暗房、把相機鏡頭拆開來觀察，還有用一些放大鏡的鏡片組望遠鏡，但因為普通的鏡片色散太大了，月亮看起來是彩色的，不是很好用就棄置一旁。因為從小玩這些玩到大，慢慢累積化學和光學知識，所以長大作研究時就能很直覺地進行。

重要的「問題」經常需要新的「量測」來提供答案或解題的方向，而新的量測往往需要新的「儀器」。1994 – 1998 年讀台大化學博士班時，跟著李遠哲老師一起做交叉分子束研究，當時台灣還沒有這類研究設備，所以就自己動手做了一台交叉分子束儀器。做出來的儀器，靈敏度和數據準確性需要能跟全世界競爭，當儀器按照科學原理設計好、組裝好，可以按造自己的想像運作，很有成就感。

和實驗室成員一起 DIY 打造交叉分子束儀器(左側機器)，是科學家的樂趣。圖／林志民提供

林：「模仿」和「想像」這兩個能力很重要。1992 – 1994 年讀台大化學碩士班時，台灣的研究環境比國外落後，指導老師找了一篇國外的論文對我說：「這裡有一個做『高解析度光電子光譜儀』的新方法，我們要不要來做做看？」那時候電腦還沒有網路、也沒有 www，所以我們就去圖書館翻紙本資料，照著資料想像別人大概怎麼做、儀器可能長什麼樣子，就自己也做了一台來研究零動能光電子光譜，順利地發表碩士班的畢業論文。

小孩所擁有的「模仿力」和「想像力」，就是研究化學的大絕招。圖／Olu Eletu @StockSnap.io

在大學教書發現一個問題，越來越少學生願意投入基礎研究，因為基礎研究跟經濟活動沒有直接相關，說白一點就是研究成果不能賣錢、也很難讓人投資。因此我們趁高中生還沒決定要去當比較有錢景的醫生、工程師之前，先舉辦《科學家在玩什麼？》體驗營或演講，透過動手玩實驗，讓高中生發現科學也是一件好玩的事。

來參加《科學家在玩什麼？》的學生有很多種：有的學生對科學有興趣，有的不知道科學是什麼，有的在學校沒有做實驗的機會，但每次一定都有來趴著睡覺的，不過至少是在科學的環境睡覺，比在家裡睡覺好。最重要的是，學生來《科學家在玩什麼？》可以認識不同科學領域的老師，未來想做實驗就有更多管道和機會。

趙彣、謝郡庭參加《科學家在玩什麼？》體驗營後，加入林志民的實驗室，研究克里奇中間體和水分子的反應，論文登上國際期刊《科學（Science）》圖／林志民提供

另外一件苦惱的事情是，2015 年我在台大教大一的普通化學，但第一次考試發現學生幾乎都沒有寫「單位」，考第二次發現還是有一半的學生沒有寫單位的習慣。但現實中，科學家若忽略單位非常嚴重，據聞之前美國登陸火星時，因為單位換算錯誤，登陸艇就炸掉了。可能因為中學生考試都是選擇題，為了改考卷方便採用畫卡作答，所以會忽略單位，這是現在化學教育比較大的問題。