- 編按：學科學不一定是宅宅，學物理足以撼動世界，小至生活瑣事，大至宇宙定理，都是物理人關注的範疇。「物理人的挑戰」，是找出如何透過教育與職涯發展讓物理重回最性感的學科，讓「物理人」重回最令人驕傲的身份！本文為 2016 年 11 月 12 日「物理人挑戰—Beyond Physics Identities」文字紀錄。
講者／孫維新｜國立自然科學博物館館長
文字記錄／林佳芳｜國立中興大學物理系學生
「在自然中看見科學，用科學來理解自然。」國立自然科學博物館館長孫維新用這一句話作為演講開頭，他還開玩笑說，除了是因為這句話包含了「自然科學博物館」的「自然科學」四個字之外，更是因為人們對物理的認識都是從自然而來。然而在理解自然現象背後的道理時，人們卻常常出錯，孫維新認為這原因有兩種：
物理知識不正確、大腦認知有問題，而更多時候是以上兩者的結合。
關於大腦認知有問題，可以從許多知名的錯視圖中發現，例如科夫卡環（Koffka Ring）、色彩明度錯覺（Color Value Illusion）、咖啡廳錯覺（Café Wall Illusion）、小精靈錯覺（Pac-man Illusion）等，我們在面對這些錯視圖時，大腦對於顏色、線條等圖形的解讀發生了錯誤，讓我們被騙；而除了圖案之外，研究也發現漢字的順序並不一定影響閱讀，即使打亂了文字，我們依舊可以知道句子的意義。也就是說，大腦會做一些奇怪的事情，讓我們的認知出現問題。但這些錯覺並不是毫無用處，像 VR 虛擬實境的科技，就是基於人腦的這種錯誤認知發展出來的。
在物理知識不正確中，孫維新則示範了許多顛覆想像的物理實驗，藉此解釋有時我們認為是對的物理知識其實並不正確。首先是燃燒薯片的實驗，一片洋芋片裡究竟有多少油脂呢？現場觀眾看著洋芋片燒起來，才驚覺自己無意間吃下這麼多油，更有人開玩笑地說，在野外需要生火的話靠洋芋片就夠了！
接著是兩顆氣球的小實驗，兩顆氣球的其中一顆是灌較多氣的大汽球，另一顆則是僅稍微充了一點點氣的小氣球，孫維新要觀眾試著猜猜看，當他將兩顆氣球相連後會發生什麼事？兩顆氣球會變得一樣大、大的變大小的變小、大的變小小的變大，還是兩顆氣球不會有任何反應？多數人認為兩顆氣球會變得一樣大，但實際上做實驗卻發現，其實是大氣球變大，小氣球變小，空氣反而由小氣球進入了大氣球。孫維新解釋，這是因為小氣球內的氣體單位面積受到的壓力比大氣球大 ，於是兩顆氣球相連之後，空氣通通往大氣球跑去了。
接下來的實驗孫維新形容，是個「有些暴力」的標槍實驗，他還擔心地說，不知道現場觀眾會不會帶著「孫館長很暴力」的印象回家。這個特製的標槍教具本身有兩種發射模式：直線發射及旋轉發射，每次都能發射一個小圓環，但兩種發射模式會影響到圓環的飛行速度和距離，但哪種發射模式會讓圓環速度較快、哪種又會讓距離較遠呢？實驗結果發現直線發射的速度較快，但圓環飛行時很不穩定，所以飛不遠；旋轉發射因為部分能量分給力矩，所以圓環飛行速度較慢，但穩定得多，因此飛得很遠。孫維新也說，這樣的小實驗所觀察到的現象，被應用在許多科技中，最簡單的例子就是在人造衛星的發射過程，也需要轉動的角速度，來幫助它順利飛行到目標軌道。
最後孫維新所示範的是雷射光的實驗。他在桌上準備了五顏六色的氣球，另外準備了雷射筆，他問觀眾如果他用綠色雷射光照氣球，哪些氣球會破、哪些不會破呢？答案是除了綠色和白色的氣球之外，其他全都破了。因為人眼所看到的顏色其實是物體反射的光，對綠色氣球而言，他反射綠光，吸收其他顏色的光；
對白色氣球而言，他反射所有顏色的光。因此這兩種顏色的氣球不會吸收到綠光的能量，因此不會破。但對其他顏色的氣球來說，他們都會吸收綠光，因此會吸收綠色雷射光所攜帶的所有能量，就承受不住爆炸了。
最後，孫維新也提醒在場的觀眾，每個人對物理的了解都是有限的，因此記得觀察大自然的現象，才能全面了解物理。而觀察大自然現象的方式，第一是多多走入大自然，第二就是走進自然科學博物館囉！
- 本文同步刊登於《物理雙月刊》網站：《挑戰物理人的邏輯思維：這些實驗結果，怎麼都跟想像不一樣？——2016物理人挑戰》
