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阿基米德與曹沖的交集是?──〈談科論幻話創意〉

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。

不到三公分的膠囊內視鏡。圖/By No machine-readable author provided. Euchiasmus assumed (based on copyright claims). [Public domain], via Wikimedia Commons

從阿基米德的王冠,到吞服式的內視鏡,雖然相距兩千多年,但我們只要用心觀察,不難發現兩者之間存在著明顯的脈絡,那就是無論任何嚴苛的限制,都無法框住人類無窮的創意。

創意可以讓我們跨過無數嚴苛的限制。圖/music4life@pixabay

  • 本文同時刊載於《科普時報》專欄「談科論幻話創意」,原文標題〈阿基米德與曹冲

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關於作者

葉李華

1962年生於高雄,曾任交大科幻研究中心主任,現為自由作家;致力推廣中文科幻與通俗科學近三十年,成功過,失敗過,唯獨從未放棄過 ……

專欄:談科論幻話創意