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偉大數學家之子,把玩幾何學的瓷器設計師:威廉.德摩根 ——《科學月刊》

科學月刊_96
・2022/02/05 ・4054字 ・閱讀時間約 8 分鐘
  • 作者/林家妤 Sharkie Lin,因為數學成為斜槓青年,進行數學藝術創作、策展、採訪、寫作、創意教學、博物館規劃,希望能為世界帶來一點樂趣。

Take Home Message

  • 德摩根來自一個學識豐富的家族,其父親奧古斯都.德摩根為德摩根定律的發明者。
  • 數學是德摩根創作的核心,他的數學家父親啟發他在設計中創作出崇高的對稱、形狀、圖樣。
  • 德摩根的許多圖案和設計都以對稱組織而成,吸引觀者眼睛看向清晰的中心對稱軸。
  • 從方形鋪磚到圓形瓷盤,德摩根在他所有的平面設計中都考慮到構圖的形狀。每片瓷磚設計也都經過數學考量,因此當瓷磚安裝在牆上時,各種設計元素就能互相匹配,並創造出美麗且結構良好的圖案。

德摩根(William De Morgan)是英國維多利亞時代的瓷器設計師,他多以奇妙的生物和花卉、蔓藤花紋作為創作題材,其作品的想像力非常豐富,並且深受伊斯蘭藝術與中東陶瓷設計的影響。這個特別的姓氏是否讓你覺得很熟悉呢?

英國維多利亞時代的瓷器設計師德摩根,其作品深受伊斯蘭藝術與中東陶瓷設計影響。圖/Public domain, Wikimedia Commons

擁有大數學家父親的瓷器設計師

德摩根來自一個學識豐富的家族,他的父親是奧古斯都‧德摩根(Augustus De Morgan),這位就是鼎鼎大名的德摩根定律(De Morgan’s laws)發明者!奧古斯都‧德摩根是倫敦大學學院(University College London, UCL)第一位教授,同時也是倫敦數學協會(London Mathematical Society)的第一任主席;而他最著名的學生,就是被譽為首位程式設計師的勒芙蕾絲(Ada Lovelace)。

德摩根的母親蘇菲‧弗蘭德(Sophia Elizabeth Frend)則是英國作家與社會運動者,她廣泛撰寫了她熱情支持的社會問題,例如監獄改革、反活體解剖、廢除奴隸制。而德摩根的外公威廉‧弗蘭德(William Frend)則是一位神職人員、社會改革者與數學家;其胞弟喬治後來成為了一名數學家,胞妹瑪麗則是童話故事的作者。

繪畫是德摩根最初的藝術追求,本可以讓他進入更安靜的創作生活,但在德摩根遇見他的終身好友莫里斯(William Morris)之後,他便從學校退學放棄成為藝術家,轉而成為追求技術革新的設計師。

德摩根對技術充滿好奇,常進行化學研究創造新的光澤釉,以及精心研發創新的上釉、燒製及上色技術,製造彩色玻璃和陶瓷讓他著迷,他甚至還設計並製造了自己的窯爐,成立自己的公司為好友莫里斯製作作品。此種強調藝術與手工藝的結合,影響了英國美術工藝運動。

現今倫敦維多利亞與亞伯特博物館(Victoria and Albert Museum, V&A)的文創商品中,依然販售許多莫里斯的花紋圖樣設計。V&A 裡頭也收藏了大約 1200 件德摩根的作品,這兩位威廉為英國留下了許多美妙的幾何設計。

由於德摩根長年專注於光澤器物的研發,未能更新他的圖樣設計以至於過時,加上他對於經營公司沒什麼興趣,公司因而倒閉;而後健康狀況不佳的德摩根便去義大利過冬,並在配偶的鼓勵之下開始寫小說。他不放棄自己的創作之旅,不但減緩了心中的憂鬱,更在 65 歲的時候成為受大眾歡迎的作家。

德摩根的配偶艾芙琳(Evelyn De Morgan)在繪畫上有卓越的成就,內容常使用精神、神話、寓言主題突出女性身體,用以表現精神主義與女性主義。德摩根於 48 歲時與小自己 16 歲的艾芙琳結婚,他們在靈性研究和體驗上有共同興趣,並且相信他們的藝術可以永遠為每個人創造一個更美好、更美麗的世界。

兩人過世之後由艾芙琳的姊妹斯特林(Wilhelmina Stirling)成立了德摩根基金會(De Morgan Foundation),整理德摩根夫婦兩人超過上千件作品,包括陶瓷、油畫、素描等,目前在 3 個地方有長期合作展出,相關地點列於文末。

「崇高的對稱」展覽

介紹完本文主角德摩根與其家族、朋友之後,來看看德摩根基金會為數學與文化策劃的展覽「崇高的對稱:德摩根瓷器設計背後的數學」(Sublime Symmetry: The Mathematics behind De Morgan’s Ceramic Designs)吧!

這檔展覽最初於 2018 年 5 月~10 月於倫敦市政府的市政廳藝廊(Guildhall Art Gallery)展出,筆者正好在 2018 年夏天至倫敦旅行,並且有幸在隔年訪問瓦茨美術館-藝術家村(Watts Gallery – Artists’ Village),與本檔展覽的策展人哈迪(Sarah Hardy)對談。

策展人哈迪表示,相較於過往以藝術與心靈的角度詮釋德摩根夫婦的作品,這回的策展緣由是來自一位挫折的數學教師朋友。這位友人抱怨教授歷史的同事可以帶著孩子去城堡與豪宅校外旅行,但是自己教的數學卻只能被限制在教室中,希望能夠點燃學童對於數學的熱情。

因此策展人便策劃了一檔與「數學」有關的藝術展覽,又因為德摩根家族與倫敦數學協會有深厚的歷史淵源,讓這一切變得相對容易,也使得過往以詮釋藝術作品為主的策展人,能夠透過嚴謹的數學檢驗與嶄新的幾何視角,向大眾介紹德摩根的作品。

哈迪提到有次在展場一個孩子看了德摩根的瓷器,說道:「圖案中間有一條線耶,兩邊長得一樣。」提醒了她德摩根作品的幾何設計強烈可見。而這檔展覽的內容正好適合英國學生學習歷程的第二階段(key stage 2, KS-2)階段,也就是 7~11 歲的孩子學習。同時策展單位也在官網提供教育素材包,供教師引導學生學習幾何形狀與規則。

數學是他創作的核心,數學家父親啟發德摩根在設計中創作出崇高的對稱(symmetry)、形狀(shape)、圖樣(pattern)。接著,我們就以這 3 大面向介紹德摩根的幾何設計。

  • Symmetry 對稱

「對稱是變化中的不變。」(Symmetry is “Change without Change”)

-韋爾切克(Frank Wilczek),2004 年諾貝爾物理學獎得主

在藝術中,「對稱」普遍被認為是美的代名詞。這種數學工具可以透過反射、旋轉、縮放來變換設計,但不改變其他屬性,因此對稱可以說是變化中的不變。關於對稱的各種基本變換,可見筆者發表於《科學月刊》第 623 期〈發現臺灣日常文化中的幾何元素─花磚幾何學〉的文章。

德摩根的許多圖案和設計都是以對稱組織而成,吸引觀者眼睛看向清晰的中心對稱軸。這條線,賦予了精心設計的圖樣能呈現出各種不同表現型式,像是花卉圖案和起伏的樹葉捲曲,因其對稱排列而顯得富含結構與秩序。

德摩根的許多圖案和設計都是以對稱組織而成,吸引觀者眼睛看向清晰的中心對稱軸。圖/Jean-Pierre Dalbéra, CC BY 2.0, Flickr
  • Shape 形狀

德摩根曾經說過,古希臘數學家歐幾里得(Euclid)的著作是最引人入勝的文學作品,顯示了他對於形狀的性質與結構深感興趣。

從方形鋪磚到圓形瓷盤,德摩根在他所有的平面設計中都考慮到構圖的形狀。每片瓷磚設計也都經過數學考量,因此當瓷磚安裝在牆上時,各種設計元素就能互相匹配,並創造出美麗且結構良好的圖案。

在德摩根精心設計的瓷盤邊界和圖案邊緣,也可以看到連續的圓形圖樣。他從伊斯蘭幾何設計中借用了這種裝飾技巧,這種圓形圖案代表了「阿拉的無限本質」,因為它們沒有開始也沒有結束,可以被無止境地追隨。德摩根控制了這些圓圈的特性,以確保他的邊界設計符合比例。

德摩根的瓷器作品。圖/作者提供

此外,圓形對稱也為德摩根的平面設計增添趣味和活力。圍繞瓷盤邊緣旋轉的圖樣,使得觀者的視線能圍繞著設計呈現美妙的圓形運動,讓他的奇幻動植物看起來更加栩栩如生。

  • Pattern 圖樣

這些複雜幾何圖樣的設計,往往需要具備嚴謹的幾何學知識,才能想像將單一瓷磚的圖樣設計重複覆蓋整面牆的結果。當設計圖樣完整呈現時,便可以充分欣賞德摩根設計的精華,就像是他在倫敦萊頓屋博物館阿拉伯廳(Arab Hall, Leighton House Museum)裡輝煌的瓷磚設計。

要如何思考這麼大尺度的瓷磚設計呢?德摩根首先會先在紙上繪製他的大型瓷磚設計方案,並使用比例和複雜的測量方法以確保這些設計能成功,然後再將它們應用到物理瓷磚表面。

由於他的繪圖技能與天生對於數學的理解能力,使得他的花器作品能巧妙在設計中運用數學。德摩根利用他對視覺和空間的感知,藉由控制二維圖面,即使圖樣轉換到擁有複雜形狀表面的花瓶與花盆上,還有塗在陶瓷表面上時,也都能完美符合三維物體的每條曲線。因此他可以創造出美麗的設計,並且與花瓶或盤子本身相互呼應。

這檔展覽除了介紹德摩根的幾何設計外,展場中還有一些別出心裁的互動小遊戲,例如將德摩根的設計圖樣製作成puzzle 15 數字推盤遊戲。首先將原本的圖樣分割成 4×4 的 16 個方塊,而後取走角落的方塊,並滑動剩餘的 15 個方塊打亂圖案。看看你能不能拼回來原本的圖案?

取自德摩根設計圖樣的 puzzle 15 數字推盤遊戲。圖/作者提供

此外,本次辦理展覽的倫敦數學協會也提供了一些有趣的展品,像是早期收藏的木製數學模型,以及各式立體的潘洛斯平鋪(Penrose tiling)等多元的立體幾何模型,讓觀眾對於數學視覺化更有感覺。

德摩根無疑是英國融合數學與設計的始祖之一,正在閱讀這篇文章的你,若是下回有機會拜訪英國,不妨也循著德摩根的蹤跡,來趟具有深度的數學文化走讀之旅。

看完文章,你是否也想來趟英國幾何文化之旅呢?

以後若有機會,不妨照著下方的地圖走一趟英國,感受一下數學與藝術融合的氛圍吧!

想了解更多德摩根的作品,也可以參考《崇高的對稱》展覽手冊,


或到德摩根基金會官網看看哦!

延伸閱讀

  • 〈本文選自《科學月刊》2022 年 2 月號〉
  • 科學月刊/在一個資訊不值錢的時代中,試圖緊握那知識餘溫外,也不忘科學事實和自由價值至上的科普雜誌。

 

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「科學家也需要 Art!」持續破解果蠅大腦神經迴路的李奇鴻

研之有物│中央研究院_96
・2022/04/11 ・6084字 ・閱讀時間約 12 分鐘

本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位。

  • 採訪撰文/歐宇甜、黃曉君、簡克志
  • 美術設計/林洵安、蔡宛潔

神經科學與視覺

我們怎麼「看到」顏色,「察覺」東西在動?大腦如何產生視覺?中央研究院「研之有物」專訪院內細胞與個體生物學研究所所長李奇鴻,他是國際知名的神經科學家,過去長期在美國國家衛生院(National Institutes of Health)做研究,2018 年回到中研院貢獻自己所學。李奇鴻的實驗室主要是以果蠅視覺系統為模型,研究神經元如何在發育過程形成複雜的突觸連結,以及神經迴路如何產生視覺來引導動物行為。

李奇鴻是國際知名的神經科學家,研究神經迴路如何產生視覺來引導動物行為。圖/研之有物

技術帶動神經科學研究

神經系統如何運作?這對以前的科學家來說是黑盒子。由於大腦發生錯誤或出問題時,會直接表現在外在行為上,早期科學家想了解人腦運作機制,只能透過腦部哪裡受傷壞掉或中風等,知道腦部的大概功能區域,但沒辦法進入細胞層次。

「在生物學的發展上,除了需要有智慧的思考,其他都要靠技術去推動。你可能想到一個有趣的題目,但也許要 30 年後,才出現足夠的技術來解決問題。」李奇鴻舉例,從光學顯微鏡、電子顯微鏡、電生理技術、分子生物學到結構生物學發展,每個都在細胞、分子、及系統層次開啟了新的世界。

隨著顯微技術與遺傳工程日益完備,果蠅成為現今熱門的腦科學研究對象。李奇鴻指出,「果蠅的生長速度快,相較老鼠要幾個月成熟,果蠅只要兩週。果蠅的大腦複雜程度介於人和單細胞生物中間,結構跟人高度相似,成果可應用在人身上。」

因此,近 10 幾年來是神經科學大起飛時代,科學家透過遺傳學方法控制果蠅的神經元活性、觀察行為,藉此了解哪些基因會影響大腦發育和運作,逐漸破解神經迴路的奧祕。

「我在選博士後研究時,想到底要做線蟲、老鼠、魚、果蠅或其他模式生物?最後才選果蠅。回想起來,近年剛好碰到果蠅相關技術蓬勃發展,選果蠅是很正確的決定!」李奇鴻笑道。

李奇鴻引用知名神經科學家 David Marr 的三層假說(tri‐level hypothesis),認為大腦運作有三個層次:

  1. Computation level(運算):神經系統在做的事,如分辨顏色、觀察東西移動、辨認物體是圓是方、是蘋果或橘子等。
  2. Algorithm level(程序):神經系統的操作方式、程序怎麼做。 
  3. Implementation level(實行):神經系統如何透過神經元、神經網路來達成這個程序。

李奇鴻表示,「過去多數神經科學家都在討論 computation,再探究 algorithm,卻沒辦法解決 implementation 。現在因為具備技術,科學家終於能找出 implementation,再回推上層問題,甚至發現 algorithm 跟原本想的不一樣。」

視網膜感知系統怎麼運算?

關於神經系統的操作方式(Algorithm level),也有因為技術進步而解決爭議的案例。李奇鴻舉例,以前神經科學家在研究視覺系統感受物體運動的機制,曾出現幾種理論,HR 理論認為神經訊號是用乘法,另一派 BL 理論認為是用減法,爭議了很久。

近年科學家發現,原來視網膜感知系統的運算機制是混合的,一共三種,稱為 HR-BL 混合視覺運動偵測器。過去兩派都只對了一半。

關於視網膜感知系統的運算機制,過去 HR 理論和 BL 理論都只猜對其中一種方向(打勾處)。資料來源/Current Biology

Hassenstein-Reichardt(HR)模型:從昆蟲行為研究而來。

  1. 當有偏好方向(從左到右)的視覺刺激出現,左邊的光感應神經元收到訊號,這個信號會被延遲(時間 τ),接著右邊的光感應神經元收到訊號,兩者的訊號會同時到達下游的神經細胞(X),訊號將會相乘,生成運動訊號。
  2. 當有非偏好方向(從右到左)視覺刺激出現,兩個訊號會在不同的時間到達,不會生成運動訊號。

Barlow-Levick(BL)模型:從兔子電生理研究而來。

  1. 當有偏好方向(從左到右)的視覺刺激出現,左邊的光感應神經元收到訊號,接著右邊的光感應神經元收到訊號,但它為抑制訊號且會被延遲(時間 τ),左邊的訊號會先到達下游的神經細胞,生成運動訊號。
  2. 當非偏好方向(從右到左)視覺刺激出現,左、右兩個光感應神經元的訊號會在相同時間到達,刺激訊號和抑制訊號互相抵銷,不會生成運動訊號。

持續分析果蠅大腦的神經迴路!

近代電腦的所有運算都能用 and、or、Xor 三個邏輯閘表達,科學家想知道,大腦裡有沒有類似但更高階的神經迴路運作方式?「從感官到行為比較容易觀察和操作,目前在視覺運動方面的神經迴路運作,我們知道的最多。」

李奇鴻近年在做昆蟲視覺與行為研究,發現昆蟲在感受顏色,如綠光和紫外光時,感光細胞的處理方式是先將紫外光跟綠光的強度做比較,把兩個光的強度相減,讓原本兩個訊號變成一個訊號,所謂的「顏色拮抗」。

「這種神經迴路能解析、比較兩個顏色強度的差異性,因為大部分在視覺上最重要的正是對比。拮抗運算模組能在一片訊號裡找出哪裡最強、其他較弱。其他感官機制也一樣,像觸摸物品時有凸出來的部分較重要,聽覺上要找出哪個聲音特別高等,讓最重要的訊號能凸顯出來。」李奇鴻補充道。

2021 年李奇鴻的團隊首次發現果蠅視覺系統堆疊了多套拮抗運算模組,以達成顏色及空間接受域雙拮抗的效果,成果發表在《Current Biology》。這樣的神經迴路可以比較相鄰的顏色,產生色彩區間對比感。「沒這樣的功能,我們就看不出紅配綠很悲劇了!」李奇鴻笑道。

科學家們正努力鑽研果蠅大腦的神經運算迴路,希望逐步整理出基本運算模組。或許有一天,看似複雜的大腦功能,都可能用基礎的迴路來破解!

李奇鴻實驗室所發現的顏色及空間接受域雙拮抗神經迴路。R1-R6 是吸收頻率範圍較廣的光接收器(輸出刺激訊號),R7 是吸收紫外光的光接收器(輸出抑制訊號),R8 是吸收綠光或藍光的光接收器(輸出刺激訊號)。從 R1-R8 接收光,輸出到神經細胞 Dm8 之後,會形成顏色拮抗效果。此外,相鄰的 Dm8 之間透過特殊的氯離子通道 GluClα 中介,會產生側向抑制作用(Lateral inhibition),形成空間拮抗效果。資料來源/Current Biology

老師是怎麼走上研究大腦神經科學這條路呢?

「我滿晚才走上科學研究的道路。我對電腦有興趣、喜歡寫程式,大學上中國醫藥學院醫學系,家裡也希望我當醫生。不過在實習時,我發現自己對治療病人沒興趣,反而對問題或疾病本身更有興趣。跟幾個老師談過之後,我決定不當醫生,跑去清華大學讀生命科學,後來就到中研院。」

因為有醫學背景,一開始比較想做能立刻解決問題的研究,像是用蛋白質跟毒素的綜合體來治療癌症。但後來了解,如果沒有深刻了解致病機制、沒有鑽進基礎科學研究,很難有突破。

後來去美國洛克斐勒大學攻讀博士,在洛克斐勒讀書期間,大家常互相交流,對我有很大的啟發。那時我在鑽研結構生物學,希望了解疾病真正的生理過程,曾解開愛滋病病毒跟人體信號傳遞有關的蛋白質結構。

博士畢業前,我接觸到神經科學,感到很有興趣,就去加州大學洛杉磯分校(UCLA)讀博士後,學神經科學裡的發育學,想了解大腦在發育過程是如何用不同分子在細胞間傳遞訊息。那時我待在很大的實驗室,老師不太管學生,要自己想辦法或跟旁邊的人學習,很多人素質都很高,學習環境很好。

之後我進入美國國家衛生院(National Institutes of Health,NIH)開始開實驗室帶自己的團隊,待了 16 年,算是真正進入神經科學領域,直到現在依然在做相關研究。

每個人的人生選擇,都被以前的經歷主導,如果沒有醫學背景,恐怕我不會去學結構生物學或走入大腦神經科學領域。

老師在美國的研究很順利,那是什麼契機才決定回臺灣呢?回來後是否有不適應之處呢?

「我 26 歲出國,在美國也待 26 年,幾乎完全融入美國生活,實驗室運作得蠻好,連太太也是美國人。但在美國很多年後,內心出現一個很深感覺:我在臺灣待過這麼久,臺灣是我進入科學的起點,也許該回來教教臺灣的子弟。」

剛開始有些想法,曾受邀回臺演講幾次,但沒有下決心。後來出現一個重要轉捩點。中研院分子生物研究所 30 週年慶時邀我回來演講,那時有機會跟歷任所長聊天,這些所長中許多是我過去在中研院碰過的老師。聊了後感觸很深,發現每任所長都要面對分生所的成長或各種問題,每個所長都有獨到的見解和重要貢獻。

我看到分生所運作得很好,覺得非常感動, 內心想:也許我回來能效法他們,也許對中研院細胞與個體生物學研究所的發展能有一點點實質貢獻。

雖然如果待在美國國家衛生院,我也會有這樣一個機會,但還是想帶自己的子弟,把力氣用在自家子弟身上,讓自己的國家和組織進步。我想將在美國國家衛生院學到的經驗,像哪些組織可以運作、哪些不行,嘗試帶回臺灣。

我很清楚可能碰到的問題,像科學研究會受影響,要重新花幾年時間建立實驗室,但那次契機讓我徹底下定信心。我曾跟廖俊智院長開玩笑,就算不給我錢,我大概也會回來。因為真的覺得這是一個很好的機會,自己能為中研院、為臺灣做些事。畢竟中研院也一直都像我的家!

不過,畢竟過去在美國實驗室和家裡都是講英文,只有打電話給媽媽會說臺灣話,因此, 2018 年剛回臺灣時,國語講得不太流利,臺灣話反而比較流利。

老師覺得美國的研究環境有哪些優點?希望將什麼樣的新觀念、新風氣帶進臺灣呢?

「國外最大特點是學術交流很頻繁,雖然國內也蠻頻繁,但他們交流層次更深入。也就是說,我跟參與的老師交流之後,常能改變想法、做事方法或方向,且是正向的改變。」

國外老師受邀演講,會很積極在幾小時內一直談,在一天中完全沉浸其中,不單講出自己在做的東西,也要求聽眾給予批評或建議等,彼此有深度交流,我每次參加都覺得收穫很多並產生合作可能性。

國內我的經驗是,演講結束後比較缺乏機會跟其他老師深度溝通,領完演講費就屁股拍拍坐高鐵回來。這可能是國內的慣有模式,我覺得需要改變。現在所內我也要求大家,既然花錢請老師來,一定要做深度交流,請對方給予建議。

重要的不是形式或邀到諾貝爾獎得主之類,而是在演講結束後、這個人走出我的辦公室、這些人離開後,對我做的事或做事方法,是不是有什麼實質的改變?在其他科學家交談中是否能得到啟發,改變自己的思考或做實驗方式?或聽聽別人告訴你,你還有哪些沒想到的地方?

分享,也是一種很重要的技術,在交流過程中,當我們可以把一件事講清楚,自己也會茅塞頓開,知道問題在哪。

現在所裡的計畫是把老師分成各種不同興趣小組,組內做交流或有跨組活動。其餘像寫計劃、申請經費、經營實驗室或撰寫並發表文章,這些是基本技術問題。

做任何工作,一個是基本的核心技術,如果沒有「技」就無法生存;另一個是 「藝」(Art) , 可以驅動你一直做下去。訓練人才時,除了培養技術,還要訓練 Art。

老師提到工作上需要 Art,科學家的 Art 是指哪些部分?可以說明得更詳細嗎?

「我想在科學裡面,Art 有很多面向。例如,你怎麼選擇一個問題,怎麼找切入點,如何把一個大問題拆成幾個可攻破的部分,一步步去解開,這是一種 Art。尤其在選擇問題和切入點上,要有獨特的見解或洞燭先機才能成功。」

科學家必須創造有用的知識。什麼叫有用的知識呢?就是聽到學到後,會改變你想事情的方向或做事的方法。很多東西都可以研究,只要科學方法夠嚴謹,都可以得到一些知識。但到底要選擇什麼題目呢?什麼叫做有趣的問題呢?評斷這些就是科學的 Art 。

如果說在人類前面是一個黑暗深淵,知識像光照亮我們前面的路,科學家就像站在最前面,要知道如何踏出那一步?怎麼踏出去?這是 Art。

當科學家看到一個問題、問題成形後,最重要的關鍵是如何選擇一個核心問題去解決。就像玩拼圖時,要放下去最核心、最重要的那塊拼圖。

我回到臺灣後,覺得這裡的研究環境很好,儀器不輸人家,老師很優秀。但可能我們多半只是關注自己的研究,沒有花時間認真去思考,最重要的一塊拼圖在哪裡?當我們有更深度的交流,才能找到最核心的那一塊,做出最重要的貢獻。

李奇鴻說,科學家必須創造有用的知識,也就是會改變做事和想事情方法的知識。至於要選擇創造什麼知識,需要用 Art 來判斷。圖/研之有物

老師在國外的實驗室時是如何帶領研究團隊呢?對年輕的科學家有什麼樣的期待嗎?

「在碩士、博士訓練中最重要的關鍵,是從「讀」科學變成真正「做」科學。我們攤開一本教科書,看到裡面講這個、那個,只是讀人家的科學。即使去念了原始文章,仍然是看著科學怎麼被別人做出來而已。」

自己真正做研究才知道,教科書上每一頁、每一句,背後都可能有數千篇文章支持,那時才知道自己很渺小,懂得謙虛,了解自己一生能做的有限。

所以,每次要跨出一小步,要想該怎麼跨最有效率、得到最大效果。我認為,在碩士班或博士班,最重要的就是了解這種感覺。

有些學生可能覺得,反正我很渺小,世界這麼大,即使做一輩子,即使最成功的科學家,也不過是得到教科書上面的一句話而已,我怎麼做都沒關係啊。 但我們必須帶領學生了解,這個計畫不是老師叫你做才做,而是讓學生覺得這個計畫是自己的,有前進和發展的空間,就像自己的小孩,必須負責。

以前在碩、博士班,剛開始學會技術、實驗做出結果,或能像人家一樣發表文章,會很高興,但這很短暫,真正的轉捩點是我知道有什麼事,是全世界任何人都不知道的那種驕傲,才是真的能支持很久的。我還記得在某一天做到早上五點,從實驗室走出來,知道有個東西全世界只有我知道的喜悅!

當學生曾感受這種發現真實的快樂,你不用規定他早上幾點來、晚上幾點走,他自己就有動機做。

當一個人想這東西應該是怎樣,想辦法做實驗證明出來時,那真的是一種快樂。我想,這是任何其他行業都沒辦法比較的!

學生是要培養成未來的科學家、獨當一面,應該讓他自己走。即使在你看得到的地方,也要讓他自己走出來,而且,他自己想到的,比你告訴他來的有用。

其實,我當老師最興奮時,是學生告訴我那些我不知道的事,會覺得很喜悅,學生想到我沒想到的東西,表示他們有進步,比我還厲害,這很棒!

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