阿基米德與曹沖的交集是？──〈談科論幻話創意〉

2018/04/20 |

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把阿基米德與曹沖這兩個古人放在一起，你會聯想到什麼呢？想來想去，他倆唯一的交集應該就是浮力原理吧。阿基米德曾經利用浮力原理檢驗出王冠含有雜質，曹沖則是利用同樣的原理測出了大象的重量（雖然可能只是傳說）。但如果從另一個角度，也可以說他們的交集是巧妙地突破了嚴格的限制。阿基米德的限制是絕對不能損壞王冠，否則只需要刮下一些金粉來化驗；曹沖的限制則是不希望傷害大象，否則只要把大象支解，分成幾十次來秤就行了。

曹冲和阿基米德都應用了浮力的原理，突破了重重限制獲得他們需要的結果。圖／JosepMonter@pixabay

非破壞性檢測：侵入式與非侵入式

不論是阿基米德的王冠，或是曹沖的大象，在檢驗或測量過程中都沒有受到絲毫損傷，這就是如今所謂的非破壞性檢測。

在科學界和工業界，檢測樣本的方式大多皆有破壞性和非破壞性兩種。比方說，石頭通常不太值錢，所以地質學的檢測幾乎都是破壞性的。然而，萬一樣本是非常珍貴的隕石，或是月球岩石（甚至若干年後的火星岩石），那就必須使用非破壞性的方法了。

非破壞性檢測大致又能分成兩種：侵入式與非侵入式。阿基米德的方法是標準的非侵入式，因為他僅僅把王冠放到水裡，以便測量它的體積。因此嚴格說來，浮力原理並沒有真正派上用場，它只是阿基米德研究王冠的副產品罷了。至於最簡單的非侵入式檢測，當然就是使用肉眼觀察──這正是所謂的「低科技永不落伍」，不管科技發展到什麼程度，你的五官、雙手、雙腳仍是不可或缺的重要工具。

不過相較之下，如今工程師所用的檢測大多是侵入式，也就是把某種能量射進樣本，等到能量被樣本反射（或透射樣本）之後，就會提供相關的資訊。由於射入的能量相當微弱，所以不會對樣本造成任何損傷。例如以 X 光尋找金屬材料的瑕疵，就是一種典型的侵入式非破壞性檢測。

X光進行的醫學檢測也是在種種限制下發展出的成果。圖／rawpixel@pixabay

醫學檢查的限制：減少對病人造成的不適

提到侵入與非侵入，或許會讓你聯想到醫學檢查的分類。不過請注意，醫學界對侵入的定義和工程師很不一樣，用最簡單的方式來說，如果會讓病人感到不舒服，那才算是侵入式。所以醫生會告訴你，X光並不是侵入式的檢查，甚至輕敲腹部也不是，但胃鏡和大腸鏡就是標準的侵入式了。

病人當然希望所有的檢查都不要太難受，這也正是長久以來醫學界努力的目標。比方說，剛才提到的胃鏡和大腸鏡，其實已經有非侵入式的替代品，那就是非常有科幻色彩、讓人聯想到「聯合縮小軍」這部電影的膠囊內視鏡。你只要將它當成藥丸吞下，膠囊內的鏡頭就會把你的消化道一覽無遺。這種膠囊內視鏡早已上市，只是因為價格昂貴，至今沒有非常普遍。但由於非侵入式檢查是大勢所趨，這種膠囊的普及想必是遲早的事。