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永遠的科學頑童──費曼誕辰│科學史上的今天:5/11

張瑞棋_96
・2015/05/11 ・1525字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 561 ・九年級

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Photo Credit: Copyright Tamiko Thiel 1984 Source license

二次大戰晚期,眾多科學家祕密地齊聚美國新墨西哥州沙漠地區的洛斯阿拉摩斯(Los Alamos),參與研發原子彈的曼哈頓計畫;其中不乏諾貝爾獎等級的頂尖學者。這一天,在一場由波耳主持的會議後,這位執量子力學牛耳的巨擘把擔任其助理的兒子叫到一旁,交代他:「記住坐在後面那個小夥子的名字,只有他不怕我。下次要討論什麼,先找他來;其他人都只會說:『是,波耳博士』。」

這個小夥子就是才 25 歲的理查·費曼(Richard Feynman, 1918-1988)。前一年才拿到博士學位的他竟能在曼哈頓計畫中擔任理論部門的小組長,足見其聰明才智。但他最與眾不同之處還是在於童心未泯,對事事充滿好奇熱情,又能以幽默的方式挑戰權威。

在曼哈頓計畫期間,除了無懼於學術權威,他還屢屢正面嘲諷軍方的保守心態與官僚作風。例如不斷打開所有鎖著機密文件的保險櫃,證明保險櫃並不保險(他也因此無師自通地成為開鎖高手);又故意與家人往來的信件上書寫各種暗號,以調侃軍方的信件檢查。這就是費曼特有的頑童行徑。

1948 年的一場研討會上,有段演講是由費曼講述如何解決量子力學的困境。出乎眾人意料,費曼竟在黑板上畫了一些代表粒子的點與扭曲的線條,試圖在歐本海默、波耳、費米、狄拉克、……等大師面前解釋他新創的方法──「路徑積分」。大師們幾曾見過這種圖解方式?!在一波波詰問之下,費曼有點狼狽地結束演講。但他仍不懼批評,隨後兩年繼續發展出「費曼圖」以架構他的量子電動力學(將狹義相對論納入量子力學之中)理論,最後終於獲得普遍認同而於 1965 年獲頒諾貝爾物理學獎。

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費曼還擅長以生動有趣的方式講解艱深的物理。他為開授大學新生物理學所寫的講義後來整理成《費曼物理學講義》出版,至今仍公認是最精彩的物理教科書。他於 1986 年參與挑戰者號太空梭事故調查,用一杯冰水演示O形環失去彈性的精采示範更是令人津津樂道。

費曼自己的好奇心與熱情不只展現在物理上面。他打巴西鼓的功力好到可以組團贏得競賽;他的繪畫程度足以開畫展;他還能在度蜜月期間臨時起意破解馬雅文明的象形文字。他就是以好玩的心態認真的做每件有趣的事,他也如此鼓勵學生。他曾說過一句名言:「物理就如同性愛一樣,或許可以帶來一些實際的成果,但那並不是我們喜歡做它的原因。」

科學頑童費曼一生特立獨行,無疑是繼愛因斯坦之後,最家喻戶曉、最別具一格又天才洋溢的物理學家。除了物理學上的貢獻,他留給世人更大的遺產其實是他這個人本身,他那充滿熱情的自由心靈、他那無懼權威與他人眼光的率真。正如與費曼同獲諾貝爾獎的施溫格在他過世時所給的讚辭:「……對那些敢於踩著不同鼓聲前進的人,他是最佳的典範。」

 

 

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

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文章難易度
張瑞棋_96
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1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,當了中年大叔才開始寫作,成為泛科學專欄作者。著有《科學史上的今天》一書;個人臉書粉絲頁《科學棋談》。

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費曼建議,科學家也該寫點科普文章——《費曼的主張》
天下文化_96
・2021/05/27 ・3237字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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  • 作者 / 理查.費曼
  • 譯者 / 吳程遠、師明睿、尹萍、王碧

科學道德淪喪

接下來我要談的,沒有上面所說的那麼嚴重,但我認為也非常重要,就是證據的研究、證據的報導。這可說是科學家互動上的一種責任,一種道德情操。

如何報導研究結果才算正確,而怎麼樣又是不對呢?一言以蔽之,就是要做到不偏不倚,也就是你得做到讓別人能夠清楚看懂你要表達的結果,卻儘可能不要把個人的好惡感情攙雜進去。這一點非常管用,因為唯有如此,科學家之間才能避開個人利害得失的羈絆,建立以就事論事為前提的互動關係,共同齊力為理念打拚。

報導研究結果,要做到不偏不倚,讓別人能夠清楚看懂你要表達的結果/pexels

因此你也可以形而上的認為這是道德上應有的態度,而這種道德,我絕對相信應該發揚光大。根據這項理念、或這個科學道德,就應該把宣傳字眼視為髒字。

比方說甲國的組成人民來自乙國,凡是提及甲國時,就該據實稱它為乙國人民組成的甲國。至於甲、乙兩國之間有些什麼淵源,說話的人又跟甲、乙國各有什麼愛恨情仇,都不應該改用其他稱呼,或是另外加上一些形容詞。但是如今這種宣傳文字把戲,已經玩到比盧德的奇蹟更教人瞠目結舌的境地!又如商業廣告,對產品的說明還真是不符科學道德!這種不道德行為到處氾濫,已經深入我們日常生活,讓一般人司空見慣之後更喪失是非觀念,覺得睜眼說瞎話沒啥不對。而我認為,匡正這種風氣非常重要,此則有賴我們科學同仁多多與其他社會人士接觸,向他們說明,並提醒他們,不要讓靈犀被氾濫的資訊所矇蔽,或習慣於僅僅接受有趣的資訊而已。

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還有其他方面也用得上科學方法,那是顯而易見的事情,卻愈來愈難以用言詞來討論說明。例如做各種決定。此處不是指做成決定之前的程序應該講求科學方法,那是猶如要求在美國,分秒必爭忙著賺錢的金礦公司,聽你的話坐下來算算術。那真是不顧現實、去強人所難。我指的是決定的下達,得合乎科學,別人才容易聽得懂、才很快就能進入情況。這倒教我回憶起我在讀大二的那年,那個年紀的男生當然對討論女人特別熱衷,我們發現如果借用一些電學上的專有名詞,諸如阻抗、磁阻、電阻等等,絕對不會搞成雞同鴨講。說的人很自然,聽的人更是心知肚明。

另一件讓科學家極端不喜歡的世事,是各式各樣選舉領袖的方式,這方面是天下烏鴉一般黑,沒有一個國家好到哪裡去。譬如今天在美國,兩個政黨都爭相雇用一些所謂公關,也就是廣告界人士,受過專門訓練,套用他們認為必須的事實跟謊言,來包裝製造出真相假象攪和在一起的形象「產品」,目的不外討好選民、贏得選票。

另一件讓科學家極端不喜歡的世事,是各式各樣選舉領袖的方式/pexels

其實最初的動機並不是如此,最初是請他們來當幕僚提供意見,參酌情勢製造一些口號的。這可是千真萬確的事實,美國歷史上有許多次政治領袖的選舉,勝負關鍵繫於一些口號。我確信如今兩黨各有數百萬美元的經費,準備花費在這樣的公關開支上,於是我們將會看到許多極富巧思的口號一一出籠。

我要講的還沒完,沒到做總結的時候。

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科學家應該站出來

好幾次我都說科學是個不相干的東西,聽來似乎滿奇怪,所以我想回過頭來再談談這句話。當然,科學跟什麼都有關係,就連占星術也不例外,因為如果依照我們經由科學對這個世界真實情況的了解,我們就無法想像出,占星現象怎麼可能發生。從這個觀點來看,它們當然還是相干的。但是對一般相信占星術的人來說,兩者之間看不出有啥關聯,因為科學家從來不主動去跟他們分析兩者其實不能共存。同樣的,那些相信信仰能治病的人,也完全不用考慮那些方法究竟科學不科學,因為沒人會跑去跟他們理論。

如果你對科學沒興趣,不會有人拿把刀子架在你的脖子上,叫你非學不可。而本來學科學並不輕鬆,是件絞盡腦汁的苦差事,吃不了苦的人極易放棄,終於變成了科學文盲。目前芸芸眾生之中,放棄科學的比率非常高,以致科學文盲是這麼樣普遍。目前處處標榜高科技,卻同時到處充斥著不科學的神怪現象。但追根究柢,為什麼會有這麼多人放棄科學呢?因為我們學科學的人太過消極,事事因循苟且、見死不救的關係。我認為我們必須主動出擊,強力反擊制止一切我們不相信的事物。當然我們不能用人頭落地的方式,而是以講道理的辦法。

本來學科學並不輕鬆,是件絞盡腦汁的苦差事/GIPHY

我相信我們應該要求人們在他們心坎內,試圖統一對所有世事世物看法的標準。避免把腦袋一分為四或一分為二,不同的區域用不同的標準。遇到一件事按照甲的說法,遇到另一件事又相信乙的說法,而從來不把甲和乙兩個說法放在一塊兒比較一下。我之所以如此要求,原因是經驗告訴我們,如果把同一事情的兩種不同看法放在腦子裡一塊比較,就能加深我們對事情的了解程度,並且還會幫助我們更加了解自己。而我相信一般人之所以認為科學無關緊要,是因為除非有人直接問上門來,我們這些科學從事者一般都是保持沉默是金的態度。別人請我們去演講,通常是要求我們向一些還搞不清楚牛頓力學的聽眾,去解釋愛因斯坦的相對論。而從來沒有人邀請我們,直截了當去拆穿信仰治病或占星術,或者甚至安排柔和一點的題目,像「科學對當前占星術的看法」。

科學家,您別客氣!

我認為我們必須鄭重其事,寫些通俗文章,讓相信占星術的人至少能得到一些天文學方面的知識,可以有機會把雙方比較一下。而使得相信信仰治病之流,也有機會了解到一些醫藥知識。因為任何人一旦生病,沒有不希望早日康復、去除病痛的。是應該去求神還是就醫,其實只是為了達到同一目標的手段選擇。如果兩邊都是未知數,難怪更多人會去選擇比較簡單省事的信仰治病方式。當然對病人來說,具有一些生物學知識總會有些好處。換句話說,我們必須讓一般人認識到,科學的確是有干係的。

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寫些通俗文章,讓相信占星術的人至少能得到一些天文學方面的知識/pixabay

有一回我不記得在什麼地方,看到有人發表言論說,只要不攻擊宗教,或是不跟教義有意過不去的,就是好科學。這是什麼屁話呀!不過正好透露出問題的癥結所在來,因為科學不攻擊宗教,大眾就不會注意到科學,也就沒有必要學習科學的任何內涵,以致大家誤以為科學除了一些實用價值外,可以完全跟現代社會脫節,成為可有可無、與其他東西無關的點綴。在這樣的一般心態下,即使我們現在決定一改初衷,積極起來,主動去向人們講解道理,匡正他們的錯誤看法,只怕難有立竿見影的效果。因為你要講的東西,他們找不出需要知道的理由嘛!

而反過來說,如果你採用激烈的挑釁攻擊方式,迫使他們不得不挺身出來保衛自己的看法,為了挑毛病反駁,他們不能不研究你的論點,也就間接達成你的目的:讓大家有個比較,不再由一言堂控制。所以我認為,如今情況之所以這麼糟糕,極可能就是壞在我們以往為人太厚道、太客氣了。這種對話在歷史上也曾出現過,那就是教會覺得伽利略的看法正面攻擊了教會。而今天的教會則不覺得科學界的看法造成任何痛癢。沒有人看不慣,沒人出面寫文章,來向大眾指出,神學觀點與科學觀點是如何的格格不入。

甚至有時候碰到的一種怪現象,是在同一位科學家身上,他的宗教信仰跟科學信念之間矛盾百出。

——本書摘自《費曼的主張:誠實.獨立思考.不知為不知》,2021 年 4 月,天下文化

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天下文化_96
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天下文化成立於1982年。一直堅持「傳播進步觀念,豐富閱讀世界」,已出版超過2,500種書籍,涵括財經企管、心理勵志、社會人文、科學文化、文學人生、健康生活、親子教養等領域。每一本書都帶給讀者知識、啟發、創意、以及實用的多重收穫,也持續引領台灣社會與國際重要管理潮流同步接軌。

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弗里曼‧戴森──自由隨性的異類科學家
科學大抖宅_96
・2020/05/18 ・6601字 ・閱讀時間約 13 分鐘 ・SR值 563 ・九年級

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2020 年 2 月 28 日,弗里曼‧約翰‧戴森(Freeman John Dyson)去世,享耆壽 96 歲,國際各大媒體紛紛撰文哀悼。

他是只有學士學位的普林斯頓高等研究院榮譽教授,一生獲獎無數;其最知名的科學成就是促成量子電動力學的完備。除此之外,戴森還涉足諸多不同領域,包括數論、生命科學、固態物理、天文物理等等;不少家喻戶曉的學者,例如科學頑童費曼[1]和氫彈之父泰勒[2],都曾與其並肩。

他撰寫科普書表達對人類未來、乃至移民宇宙的看法,對流行文化影響深遠,許多科幻作品都曾借用他的構想。戴森是原子科學家公報 (Bulletin of the Atomic Scientists)的理事會成員,協同管理末日時鐘[3](Doomsday Clock),而今年一月的調整,是有史以來最接近世界末日的一次──僅差距 100 秒。

戴森曾研發核彈,卻又提倡禁止核子試爆;他親眼見證科學如何讓人類擁有摧毀自己的能力,但也相信科學具有讓人類免於滅亡的潛力。豐富的生命經驗、對社會議題的關注,與天馬行空的想像力,都讓他不再只是單純的科學家,而是現代公共知識份子的象徵。

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戴森於 2005 年所攝相片(圖片來源

數學家的養成

弗里曼‧約翰‧戴森出生於 1923 年 12 月 15 日的英格蘭,自年幼就展現出卓越的數學天賦:五歲便嘗試計算太陽有多少原子、少年時期的休閒讀物是微分方程式教科書。1941 年,時值第二次世界大戰,戴森進入了著名的劍橋大學三一學院。

他回憶:「所有的應用數學家都去打仗了,基本上沒什麼物理好做。但是一些非常知名的純數學家還在──像是哈代[4]、李特伍德[5]──我可以獨占他們。作為學生,和這些鼎鼎大名的數學家為伍,是很美好的時光。」在數學大師的薰陶下,戴森養成了數學家的能力,這對他日後在物理上的成就有許多幫助。

之後,戴森參加了戰事,擔任英國皇家空軍分析師,並於戰後回到劍橋取得學士學位。1947 年,他前往美國康乃爾大學進行短期參訪,師從貝特[6]。貝特是極為優秀的物理學家,也具識人慧眼;沒幾年前,他才向康乃爾大學推薦自己在曼哈頓計畫的工作伙伴──才華洋溢的費曼擔任教職。

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費曼於 1965 年左右的照片(圖片來源

二戰後物理學的重要焦點:量子電動力學

第二次世界大戰才剛結束,物理研究百花齊放,實驗與想法不斷推陳出新。當時物理學界聚焦的問題之一,是如何發展量子電動力學──光與帶電粒子交互作用的理論,針對電子行為做出正確計算。

哈佛大學教授許溫格[7]率先拔得頭籌,提出新的計算架構,得出與實驗吻合的結果,轟動學界。同時,費曼也用他獨家(簡單但不被欣賞)的費曼圖方法,獲得跟許溫格幾乎一樣的答案。許溫格和費曼,兩者的方法截然不同,卻總能得到相同的結論──這究竟是怎麼一回事呢?在當時沒有人能夠明白。

粒子物理標準模型下,基本交互作用的費曼圖表示。圖/wiki commons

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另一方面,早在 1943 年,戰火肆虐的東方國度日本,東京文理科大學[8]教授朝永振一郎[9],便不為人知地獨立進行同樣的研究,並比許溫格更早踏出正確的一步,奠定新量子電動力學理論的根基;奈何時局動盪,他的成果到戰爭結束後才為西方所知──分屬不同陣營的兩方,終於可以安心進行學術交流與合作了。考量戰爭期間的時空環境,朝永的工作彷彿寒冬裡綻放的花朵,格外珍貴。

朝永振一郎(圖片來源

戴森的挑戰:解釋殊途同歸的正統方法與新把戲

與費曼同在康乃爾大學的戴森,是少數同時對許溫格和費曼理論有相當程度理解的人;他自述:「我用正統方法替貝特做的運算,花掉我幾個月的時間,寫了幾百頁的紙;費曼卻可以在黑板上,花半個小時而得到完全相同的答案……我暗自下定決心,做完貝特交代的工作後,接著就要來了解費曼的祕笈,並且用其他人都能懂的語言,將他的思想闡揚出來。」

1948 年暑假,戴森和費曼花上四天,從紐約州開車到新墨西哥州的阿布奎基,一路聊戰爭、聊核武、聊科學、批評彼此對科學的想法,真理卻愈辯愈明。在與費曼分別後,戴森參加了密西根大學的暑期學校,並抓緊機會與擔任課程講者的許溫格交流。每天下午,他都躲在屋簷下,仔細查驗許溫格演講的每一個步驟,再默想私下交流中,許溫格說的每一句話。到五個星期的暑期學校結束時,戴森已用許溫格的方法算過無數題目,寫滿上百頁計算。這時候的戴森還不知道,這個暑假即將成為他個人生命中,非常獨特的一段時期,大大影響了他的命運。

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許溫格,攝於1965年(圖片來源

兩邊兜在一起,完備量子電動力學

1948 年 9 月,戴森結束度假,搭上灰狗巴士返回美國東部。已經好一陣子沒想過物理的戴森,腦中卻突然浮現費曼的圖像和許溫格的方程式,「自行在我腦裡前後對正、左右標齊,而且從來沒有那麼清晰過。我生平第一次,可以將這兩個論點兜在一起。」他說。

過沒多久,戴森的論文發表了,名為〈朝永、許溫格和費曼的輻射理論〉[10]。原來,許溫格所用的複雜數學方法,和費曼所發明的費曼圖方法,存在一一對應的關係──兩者描述的是同一件事,只不過一方著重全面、精確的數學語言,另一方則給予我們更直觀的物理圖像;而戴森的論文,清楚闡述了二者之間的連結。朝永、許溫格和費曼,將量子電動力學帶入嶄新的階段,也因其貢獻,共同獲得 1965 年的諾貝爾物理學獎,戴森則對三人的獲獎扮演了關鍵角色。

在量子電動力學發展的關鍵時刻,戴森剛好站上一個特別的位置:既能和費曼長時間相處、討論其物理觀點,也有機會密集向許溫格求教,再加上戴森於劍橋養成的數學能力──這些因素的總和,讓戴森成為量子電動力學的獨特橋梁,連結起不同架構與敘事觀點,成就了量子電動力學的完備。

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朝永、許溫格和費曼三人分攤1965年諾貝爾物理學獎(圖片來源

沒有博士學位的大學教授

1951 年,儘管戴森只有大學學歷,以及幾年的研究生經驗,仍然被康乃爾大學聘為教授職,成為恩師貝特的同事──這也正好符合戴森一貫的信念:「我很自豪沒有博士學位。我認為博士學位系統很令人厭惡……它強迫一點都不適合做研究的人們,浪費多年的生命,某種程度上假裝自己在從事研究工作。最終,他們得到一張紙,載明他們合格了,但那並不代表任何事情。攻讀博士要花上太多時間,也阻擋了女性成為科學家──我認為這是莫大的悲劇。」

儘管原子彈才剛在六年前轟炸日本的廣島和長崎,造成絕大死傷,戰爭的殘酷卻並沒有停下部分科學家的腳步;當時,威力更強大的氫彈試爆和研發工作正如火如荼進行,貝特也參與其中,不但長時間不在康乃爾大學,也無心進行物理基礎研究。

另一方面,戴森之前還是個菜鳥、到普林斯頓高等研究院進行短期訪問的時候,曾利用專題研討會的時間,多次主講量子電動力學,向當時的院長歐本海默[11]推銷費曼和許溫格的成就,並成功說服了打從心底不接受的歐本海默,讓歐本海默刮目相看──這幫助戴森得到普林斯頓高等研究院的終身職工作。高等研究院的工作自是相當誘人,再考慮到貝特的狀況,戴森最終下定決心,於 1953 年離開康乃爾大學,前往普林斯頓高等研究院任職。這一待,就是六十多年,直到他生命的最後。

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普林斯頓高等研究院(圖片來源

小型核子反應爐的研發

1955 年,聯合國在瑞士日內瓦召開第一屆國際原子能和平用途會議,共有 73 個國家出席;從事核反應爐研究的各國科學家齊聚一堂,交流工作心得,一堆機密文件也都公開展示。會議的進行,標誌了國際合作時代的來臨。一時之間,核能成為造福全人類的尖端科技,發展前景可期。

就在這樣的氛圍下,隔年,應通用動力公司的邀請,戴森和氫彈之父泰勒一起主導了核反應爐的研發;他們專注於安全性,致力打造就連高中生都能操作的小型核反應爐──並且成功了。這部被命名為 TRIGA 的核反應爐是最成功的核反應爐之一,根據設計絕不可能發生爐心熔毀等重大核災事故。至今,TRIGA 反應爐仍作為教育、研究和醫療用途,在世界各地使用中。

儘管曾參與核反應爐的研發,也支持和平使用原子能,戴森對核能發電工業卻有諸多批評。他認為,既有的核能技術並不夠好,隨著石化能源用罄,人類將需要更便宜、更安全的核能反應爐,但是新核反應爐的研究卻越來越少,沒有嘗試就不會有進步。

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「冒險家、實驗家、發明家一個個被逐出大企業,而讓會計師、經理人獨擅勝場。」、「核能發展出了岔錯。」他說。

在戴森眼中,核能工業之所以陷入窘境,完全不如 1950 年代的蓬勃,一方面是因為「許多舊有的勢力都涉嫌重大,他們共謀讓核能發展變得麻煩而昂貴,遠超過我們先前的預估。」更重要的,則是因為人們不再有耐心去做試驗,也沒有預算去容納這項高風險的投資了──他在車諾比核災之前就做出了上述評論;現在的狀況,比起戴森那時候,是更好,還是更壞呢?

TRIGA 反應爐核心(圖片來源

殘念的獵戶座計畫,與不容忽視的核子試爆威脅

從 1958 到 59 年,戴森參與民間發起的獵戶座計畫(Project Orion),打算利用原子彈作為太空船的推進動力;他們喊出口號:「1970 土星見!」預計 1970 年就載人上土星的衛星。然而,世界局勢快速轉變,關於核彈試爆存續的討論不絕於耳,戴森出於對獵戶座計畫的熱情,不僅投書表達支持試爆,也嘗試設計新型核彈,希望大幅減少獵戶座計畫產生的放射性落塵,以延長計畫壽命。當時的戴森,一心只想探索浩瀚的宇宙,對於核彈設計抱持純然和平的動機。

只不過,當他的同事發明中子彈之後,自覺負有部分責任的戴森,無法再對核彈的和平用途充滿信心了──戰爭與和平,無法簡單一刀兩斷,不可能有純粹和平使用的核彈。

隨著時間推移,美、蘇兩國的核子試爆越演越烈,在全球累積的輻射塵也到了不能忽視的地步;於「軍備控制與裁軍署」(Arms Control and Disarmament Agency)兼差的戴森十分驚訝地在統計數據上發現,核子試爆總數每年呈指數增加,按照這個趨勢繼續下去,只怕會走上人類的不歸路。頭一次,他打從心底認為:核子試爆,非禁不可!

1963年,身為軍備控制與裁軍署專家的戴森,不但是甘迺迪總統簽訂《部分禁止核試驗條約》(Partial Test Ban Treaty,PTBT)的顧問,也以美國科學家聯合會代表的身份,在參議院聽證會上幫該條約背書護航。最後,《部分禁止核試驗條約》於同年 10 月 10 日生效,由美國、蘇聯、英國共同簽署,明訂禁止在大氣層、太空和水下進行核武器試驗──儘管那並無法阻止冷戰時期美、蘇兩國的軍備競賽,但也是很大的進步。

戴森一度對原子能充滿期待,深信它將帶給人類更光明的未來;但隨著世界局勢的轉變,原子能的發展完全不如想像那般美好,他也不再純然相信原子能的和平使用,甚至給自己曾熱切參與的獵戶座計畫簽下死亡證書。

《部分禁止核試驗條約》簽署後,大氣中的放射性同位素碳14濃度明顯下降。藍色線條為碳14的自然背景平均濃度。(圖片來源

涉獵眾多領域,對社會的莫大影響力

戴森興趣廣泛、涉獵過眾多不同領域;他就像充滿好奇心的小孩,找尋自己能夠解決的有趣問題,不介意它們重要與否。戴森寫過許多科普書,探討科學、技術、宗教與哲學問題,也提出過許多完全符合科學原理的天外奇想。他想像在小行星或彗星上種植基改樹木(人稱「戴森樹」,Dyson Tree),創造完整的生態系,以作為人類未來的居所。他也將既有科幻小說[12]中的情節發揚光大:發達的智慧文明可以建造環繞於恆星周圍、適居的人造生物圈(artificial biosphere),充分利用恆星的能源。

儘管跟戴森本來的想像略有不同,之後的科幻小說家開始幻想,將整個恆星完整包覆、吸取所有能源的巨型結構──稱為「戴森球」(Dyson Sphere)。雖然戴森本人並不喜歡這個名字,但戴森球已廣泛出現在許多科幻作品中,包括知名影集《銀河飛龍》(Star Trek: The Next Generation)。

《銀河飛龍》影集裡,企業號繞行戴森球的畫面(圖片來源

作為受人敬重的科學家,和對流行文化有莫大影響的意見領袖,戴森在氣候變遷議題卻是出了名的懷疑論者。他認為現有氣候模型過於簡略、無法描述真實世界;全球暖化帶來的效應也不見得全然負面,其嚴重性被政治性地過分誇大──但這並不表示他忽視氣候科學家提出的證據。對戴森來說,跳脫既有框架、保持懷疑的態度是重要的,只要現有證據無法百分之百說服他,他會毫不猶豫地站出來挑戰(儘管戴森的說法後來也遭到其他科學家的反駁)。

知名諾貝爾物理學獎得主溫伯格[13]這麼形容戴森:「當共識如同湖面結冰那般逐漸成形,戴森就會盡力去敲碎那冰塊。」不管是在科學、還是社會議題上,戴森向來強調多元的重要性──這使他往往刻意站在大眾的對立面。

率直的思想家

戴森一生絕大部分時間都在普林斯頓高等研究院度過;即使退休,他仍擁有自己的辦公室,並常漫步於院區──直到生命結尾。

戴森不追求發表自己的獨創性科學理論,滿足於和其他人共同工作、討論他們的構想。他穩重、內斂、聰明,並且謙遜,因此得到許多同僚的敬重。他對科學的可能性懷抱著無比信心,積極思考人類的長遠未來;他深知戰爭的殘酷,核武帶來的議題遠比製造核武的科學來得更複雜,核武的研究也不可能和戰爭撇清關係。

戴森去世當天,於普林斯頓高等研究院發布的新聞稿裡,院長戴克赫拉夫(Robbert Dijkgraaf)這麼形容戴森:

近代粒子物理的建築師、無拘無束的數學家、太空旅行、天體生物學和裁減軍備的倡導者、未來學家、永遠的研究生、(包括他自己的)先入為主觀點的反對者、富有思想的評論家、全時對世間事保持睿智的觀察者。他的秘密就是直率地接受生命中的所有事,直到最後一刻。

他豐富的生命經驗、廣泛的涉獵領域、不隨波逐流的堅持,都讓他成為世人眼中的戴森──自由又隨性的異類科學家。

2007年戴森在他普林斯頓的辦公室(圖片來源

註釋

  • [1] 理察‧菲利普斯‧費曼(Richard Philips Feynman,1918 年 5 月 11 日-1988 年 2 月 15 日),美國理論物理學家,因對量子電動力學的貢獻,於 1965 年獲得諾貝爾物理學獎。
  • [2] 愛德華‧泰勒(Edward Teller,1908 年 1 月 15 日-2003 年 9 月 9 日),匈牙利猶太裔美國理論物理學家,以研發氫彈聞名。
  • [3] 由芝加哥大學的《原子科學家公報》雜誌於 1947 年設立,每年一月進行評估,標示出世界距離毀滅有多近;午夜零時象徵世界末日來臨。
  • [4] 戈弗雷‧哈羅德‧哈代(Godfrey Harold Hardy,1877 年 2 月 7 日-1947 年 12 月 1 日),英國數學家,二十世紀英國分析學派的代表人物。
  • [5] 約翰‧恩瑟‧李特伍德(John Edensor Littlewood,1885 年 6 月 9 日-1977 年 9 月 6 日),英國數學家,長期和哈代合作。
  • [6] 漢斯‧阿爾布雷希特‧貝特(Hans Albrecht Bethe,1906 年 7 月 2 日-2005 年 3 月 6 日),德國和美國猶太裔核物理學家,1967年諾貝爾物理學獎得主。
  • [7] 朱利安‧西摩‧許溫格(Julian Seymour Schwinger,1918 年 2 月 18 日-1994 年 7 月 16 日),猶太裔美國理論物理學家,因對量子電動力學的貢獻,於 1965 年獲得諾貝爾物理學獎。
  • [8] 現在的筑波大學。
  • [9] 朝永振一郎(Shinichiro Tomonaga,亦做Sin-Itiro Tomonaga,1906 年 3 月 31 日-1979 年 7 月 8 日),日本物理學家,因對量子電動力學的貢獻,於1965年獲得諾貝爾物理學獎。
  • [10] 原名“The Radiation Theories of Tomonaga, Schwinger, and Feynman”,發表於《物理評論》(Physical Review)。
  • [11] 朱利葉斯‧羅伯特‧歐本海默(Julius Robert Oppenheimer,1904 年 4 月 22 日-1967 年 2 月 18 日),美國理論物理學家,人稱「原子彈之父」。
  • [12] 出自史泰普頓(Olaf Stapledon)於 1937 年出版的《造星者》(Star Maker)。
  • [13] 史蒂芬‧溫伯格(Steven Weinberg,1933 年 5 月 3 日-),美國物理學家,1979 年諾貝爾物理學獎得主。

參考資料

  1. The Economist (2020/03/14), “Freeman Dyson died on February 28th”, The Economist.
  2. Andrea Stone (2020/02/28), “Freeman Dyson, legendary theoretical physicist, dies at 96”, National Geographic.
  3. Freeman J. Dyson, “The radiation theories of Tomonaga, Schwinger, and Feynman”, Physical Review. 75 (3): 486 (1949).
  4. +plus magazine (2013/07/22), “Operas, revolutions and nature’s tricks: a conversation with Freeman Dyson”.
  5. Dwight E Neuenschwander (2016), “Dear Professor Dyson: Twenty Years Of Correspondence Between Freeman Dyson And Undergraduate Students On Science, Technology, Society And Life”, Wspc.
  6. 高崇文(2018/02/11),〈孤高的物理學家:許文格(二)邁向巔峰〉,物理雙月刊。
  7. Steve Connor (2011/02/25), “Letters to a heretic: An email conversation with climate change sceptic Professor Freeman Dyson”, Independent.
  8. Thomas Lin (2014/03/26), “A ‘Rebel’ Without a Ph.D.”, Quanta magazine.
  9. Robbert Dijkgraaf (2020/04/13), “Remembering the Unstoppable Freeman Dyson”, Quanta Magazine.
  10. 戴森(2016),《宇宙波瀾:科技與人類前途的自省》,邱顯正譯,天下文化。
科學大抖宅_96
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在此先聲明,這是本名。小時動漫宅,長大科學宅,故稱大抖宅。物理系博士後研究員,大學兼任助理教授。人文社會議題鍵盤鄉民。人生格言:「我要成為阿宅王!」科普工作相關邀約請至 https://otakuphysics.blogspot.com/

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張瑞棋:我想呈現科學家榮耀的背後,和常人無異的一面
梁晏慈
・2016/03/31 ・2235字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 517 ・六年級

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「以古為鏡,可以知興替。」如果能在過去、現在兩點拉出一條直線的話,未來的趨勢也有機會在我們掌握之中;當我們遇到困難時可以透過過往的經驗,幫助我們下判斷。這就是歷史的重要性!同樣的,歷史的脈絡可以幫助我們學習科學,而且還有機會發現科學家並不是我們想像中的神聖不可侵。2015 年 12 月 22 日在胖地台北,泛科學的專欄作者張瑞棋帶著《科學史上的今天》,和我們分享科學家背後鮮為人知的小故事。

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「從小到大,科學家在我們心中非常偉大,無論是哥白尼的日心說,或者證明地心引力作用一樣的伽利略。這些科學家閃耀著光芒,直到越讀越多書後才發現,光芒的背後其實存在著陰影。這些科學家們的陰影來自信仰權威以及性別。」

信仰

普遍認為哥白尼的日心說之所以不被認可,是因為宗教的打壓。然而另一種觀點是由於哥白尼認為上帝創造的宇宙應該存在著完美對稱的幾何關係,也就是軌道應該是圓形的!但這會和他觀察到的天文現象不吻合,因此與其說日心說的發表示因為教會的壓力,其實哥白尼本身的執迷才是造成學說延宕的原因。又比如提出滅絕說的居唯葉,他認為物種會因為某些災難而滅絕,另一方面在創世後仍物種繼續被創造。由於他深信聖經的創世論,甚至抨擊達爾文的演化論,導致演化論的發展備受阻礙。

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讓我們一起來聽聽科學家背後鮮為人知的故事吧!

權威

除了信仰外,有時候科學家利用自身權威、堅持己見,抑制別派學說,亦會影響科學的發展。你能想像西元十六世紀,醫生們拿著的解剖經典是出自於西元二世紀的蓋倫,且內容漏洞百出嗎?蓋倫是根據其動物解剖的經驗來推斷人體的內部構造,當然和人體的構造有很大的出入。但許多人不改抵抗權威,使得錯誤流傳千年。直到維薩留斯的出現,人體的結構才終於被了解。維薩留斯憑藉著大量的人體解剖經驗,推翻了多年來的理論,加上他有美術的長才,得以將知識快速的更新、傳播。

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另一個為人所知的例子是牛頓萊布尼茲。在微積分發展上,英國推崇地位較高的牛頓提出的流數,而非萊布尼茲的微積分,這導致英國的數學研究落後其他歐陸國家。最後一個權威造成的悲劇,讓許多產婦賠上了性命。十九世紀,醫生塞默維斯發現由醫院接生的產婦死亡率遠遠高出了由助產士接生的。他推測原因是醫學系的學生在解剖完大體後沒有清潔,而將細菌帶給產婦。然而其他高傲的醫生們認為:醫生怎麼可能害人呢?而摒棄了塞默維斯的想法。

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性別

女性在科學界受到的打壓也不少:在代數領域有傑出成就的埃米諾特,竟因其性別而無法擔任大學教授;華生看了羅莎琳.佛蘭克林的 DNA  X 光繞射圖片,終於發現了 DNA 的雙螺旋結構,並以此得到了諾貝爾獎。雖然華生得獎的時候佛蘭克林已過世,然而我們可以想像,在當時的社會氛圍下,即便她在世,女性科學家的得獎機率仍然很低;發現脈衝星的喬瑟琳貝爾其成就在天文界有目共睹,然而諾貝爾物理獎的獎座是被指導教授赫維許拿走;吳健雄透過實驗證實宇稱不守恆,但最後是理論學家楊振寧及李政道是拿到了諾貝爾物理獎。

有些時候科學家對抗的不是來自外界的輿論、權威,反對的力量反而是來自科學界:牛頓打壓虎克及萊布尼茲;愛迪生堅持使用直流電系統,並利用交流電椅製造世人對交流電的恐懼,藉此反對特斯拉的交流電系統;發明氫彈的泰勒對前主管歐本海默落井下石,聲稱歐本海默對美國不忠……

我想呈現的不只是科學家的榮耀,還有其與常人無異的一面

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跟著《科學史上的今天》的腳步,我們可以發現科學家或許只在智力上比一般人高超,但其品性仍和常人一樣:他們也會忌妒、也會排擠別人、也會為了得到權力耍手段。如果大家能用平等的角度認識科學家,去了解理論後的時代背景,那學科學就不再只是背公式和定理,而是和一段段生命故事相遇的奇幻旅程。

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梁晏慈
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梁晏慈,台灣大學化學系研究所。 喜歡聽故事、說故事,還有貓。