自尊、自主、自信：台灣首位女性核子物理學家──《林清凉回憶錄》

• 作者／歐柏昇
  原載國立臺灣大學物理學系《時空》雜誌34期「物理人如『核』面對社會議題？」

• 編者／陳丕燊

正當我們苦惱著核能議題的訪問對象時，忽然靈光一閃，想到近在咫尺之處，系館四樓的會客室旁，就有一位核物理專家。那就是經常深夜還在系館工作的退休教授林清凉。

教授聽到我要訪問關於核能的問題時，即大呼我問對人了。環視教授的辦公室，整齊堆放的書籍、手寫的字帖之間，牆上則張貼著一幅原子衰變圖，保存著二十世紀物理光輝的風範。

身為核物理學家，林清凉教授對於核能的社會議題感觸相當深刻，說得慷慨激昂。當外界眾人議論紛紛的時候，教授很清楚地告訴我們：「物理系學生應該瞭解什麼是核能！」教授不斷強調，我們學物理的，具有一些關於原子核、E = mc² 的基本知識，並懂得理性判斷，講話不要盲目跟著別人。

核物理與核能技術的發展背景

林清凉教授向我們介紹，量子力學在1928年就差不多定案了，開始應用到各個領域。以原子核物理來說，在1935年到1938年完成核分裂的理論。從1938 年到現在，技術已經發展得很成熟，而且可以控制得很好。關於詳細的發展史，可參考林清凉教授著作的《近代物理II》。

所謂的「核分裂」，是原子核 (nucleus) 的分裂。新聞中經常寫錯為核子 (nucleon) 的分裂，但事實上核子是不會分裂的。核分裂最令人擔心的是放射 (emission) ，尤其是屬於強子、不帶電的中子 (neutron) ，碰到東西就會把它的「質」改變。（教授補充說明，放射帶有靜止質量，不同於「輻射」。）

【核能發電】根據林清凉教授的著作，原子能的利用，要符合兩項條件：「能連續地產生能量」、「能依所需而有效地取出能量」。要達到以上條件，必須能有效控制核分裂的連鎖反應。由於入射中子能En 與捕獲中子的截面積 \( \sigma \)有此關係式：

\begin{equation} \sigma =\frac{1}{\sqrt{En}}\end{equation}

且截面積愈大則核分裂概率愈高，所以把快速中子減速為熱中子是重要的課題。一般原子爐的冷卻系統使用水，一面減速中子，一面吸收熱能拿去發電。此外，為維持穩定的連鎖反應，利用棒狀的鎘吸收多餘的中子。因此原子爐有兩大機能：「有控制中子數能力」、「能迅速運走核反應時產生的龐大能量」。核能發電裝置的冷卻系統將熱能運到爐外來旋轉發電機渦輪。

核能的非和平與和平用途

林清凉教授要我們釐清核能的用途。目前使用的核分裂，如果用在非和平用途，拿來打仗，就是製作原子彈。二次大戰之後，愛因斯坦為首的一些物理學家，呼籲將核能轉為和平用途。

針對核能的和平與否，教授批判美國的立場：「你不准別人製造原子彈，怎麼會指使日本人這麼做？」她質疑日本三一一大地震核災的實情：「你大概沒有注意到日本大地震之後，美國軍艦馬上送來重水，我是研究原子核的，看到這個馬上就疑問—這是在製造原子炸彈嗎？」她說，果然有一本書提到這件事。

核能的和平用途則造福了人類的生活，那就是核能發電。因為能量是守恆的，可將核分裂的能量轉為電能。它很便宜，現在也可以控制得很好，所以很多國家都在使用。核能發電最厲害的是法國，法國有75%的電力都來自核能，「那他們國家為什麼老百姓不會吵？也沒有發生核能發電廠引起的害？」

核能發電完善運作的三個要點

林清凉教授認為，一個國家核能發電的完善運作，必須有三件事情配合：

• 第一，按照專業方法來蓋核電廠。核能發電廠的技術相當成熟，而關鍵在於人們是否按照這些規範去做。
• 第二，選擇安全的地點。選的地點是不是好的地帶、地震地帶？就算在地震帶附近，有沒有比較好的地方？沒有斷層經過的地方？
• 第三，給予專業人才充分的待遇。必須給他們足夠高的薪水，讓他們沒有後顧之憂，保障他們生活沒有顧慮，他們才能專心守護我們的核電廠。

——本文摘自《不廢江河萬古流：林清凉回憶錄》，2022 年 4 月，天下文化。

• 作者／林清凉、戴念祖 原載《物理學基礎教程》緒論
• 編者／陳丕燊

什麼是物理學？

「物理學」一詞源於希臘文 φυσική，該詞本意是探討自然界和自然現象。古希臘學者 Aristóteles（亞里斯多德）創造了這一詞並用它做為他的一本著作題名，其意思為《自然哲學》或《自然論》（中譯本多為《形而上學》）。該書的中世紀拉丁文譯本題為 Physica，由此產生了 Physics（物理學）一詞。Aristóteles 本人對物理現象的研究並不足取。但他創造的這一詞卻有深遠影響，以致經典物理學最偉大的奠基人之一 Newton（牛頓）將自己劃時代的著作題為「Philosophiae Naturlis Principia Mathematica」，也即「Mathematical Principles of Natural Philosophy」。

物理學的分野：用不同角度探討世界本源

一般地說，按照所研究物件的運動形態將物理學分為許多門類。研究物體的機械運動與其相互作用為主的，稱為力學。因為它以 Newton 三大運動定律和萬有引力定律為基礎，故又稱為經典力學或 Newton 力學。其中，以流體（液體和氣體的總稱）為主要對象的，稱為流體力學；若僅以材料及其某些物理特性（如彎曲、斷裂和彈性等）為主，就稱為彈性力學；或者僅僅研究機械運動中的振動形態及其在空間中的傳播現象，它既屬於力學範疇，又是聲學的基礎。但在當代科學中，聲學已發展成一門獨立的學科。以研究熱現象為主的稱為熱學。若考慮一般熱系統而不追究微觀成分的運動細節，則稱為熱力學；深入研究熱現象本質、研究大量分子組成的宏觀物體的熱性質和行為的統計規律，就形成了統計力學。後者不涉及某個分子在某時刻的狀態，而是以統計系統的方法研究大量分子的平均行為或概率。

研究電和磁的關係和帶電粒子間的相互作用稱為電磁學。由電、磁或帶電粒子作用所及（所影響）的空間稱為電磁場，而電磁交互作用是通過場的傳遞能量方式傳播，所以又叫電磁波。光是可見的電磁輻射，是電磁波頻譜範圍內一小部分，因此，光學可以看作是電磁學的一部分。將光學分為幾何光學和物理光學只是研究範疇的區分：前者研究光的傳播，如反射、折射等，但它是一切光學儀器的設計基礎；後者研究光的本性，以及光和物質的相互作用。

以上各學科在 1900 年以前已發展到充分完備的形式，而且都適用於宏觀世界和運動速度遠小於光速的物理現象。人們統稱它們為經典物理學。

1900 年：經典物理學的尾聲，近代物理學的伊始

隨著物理學本身的發展，從二十世紀初開始，又誕生了許多新物理學分支學科。例如，原子物理學，研究原子結構及其運動、變化的規律。各種元素的原子輻射都具有特徵光譜，通過原子光譜研究其結構是初期原子物理學的重要手段；原子核物理學是研究核結構及其力學等問題。核分裂和聚變是物理學家曾經最感興趣的課題。粒子物理學是研究基本粒子包括壽命極短（10−25 秒級）的共振態的種類、分合變化及其性質等。經典力學和經典電磁學無法解決這些新分支學科的問題，只有通過量子力學和相對論力學才能較正確理解它們的本質。

量子力學是研究微觀世界的基礎理論。微觀世界的基本特性是波粒二象性，描述這種物理狀態一般使用複函數，其動力學量由算符表示，在這裡所能得到的是統計規律。量子力學的最大特點是物理量值的不連續性和內稟（intrinsic）不確定性。這與經典力學取連續變化的實數值和因果聯繫的物理量是根本不同的。相對論力學是研究接近光速運動的高速物體的現象。它包括狹義相對論（special theory of relativity）和廣義相對論（general theory of relativity）。

狹義相對論提出了一種新的時空觀。在相對性原理（the principle of relativity）和光速不變原理兩個基本假設下，得到時空是密切相關的結論。也就是說，它獲得了經典力學無法理解的諸如空間收縮、時間膨脹，同時性的相對性、質能關係，以及光速是一切粒子的速度上限等結論。廣義相對論把描述運動的參照系從慣性系推廣到加速系統中，以等效原理為基礎，將引力現象幾何化並把它納入時−空結構中。簡言之，將引力現象看作是時−空彎曲的表現，從而導出了一些重要結論。

量子力學和相對論是近代物理學的兩大理論基礎。近代物理學以研究微觀、介觀世界，運動速度接近光速的物理現象為主要內容。除上述之外，近代物理學還包括量子場論、固態物理、磁性、半導體、超導、高分子物理、凝聚態物理（condensed matter physics）、等離子體物理（plasma，又稱為「電漿物理」）、生物物理等等。

經典物理與近代物理之間並不存在一條不可逾越的鴻溝。相對論力學所以比 Newton 力學深入，是因為它不僅能解釋 Newton 力學所能解釋的現象，而且能解釋 Newton 力學所不能解釋的許多新發現和新現象；它作出了在 Newton 力學看來是根本不可能的一些科學預言，並且得到天文觀察或實驗的證實。另一方面，僅在低速運動的物理世界中，經典力學仍然是極好的描述物理現象的科學；當物體的速度遠小於光速時，狹義相對論力學定律趨近於經典力學定律。在引力較強大、空−時彎曲結構較大的情況下，經典力學失去效用，而廣義相對論發揮威力；相反，在引力不強、空−時彎曲極小的情況下，廣義相對論的預言就與 Newton 運動定律和萬有引力定律的預言趨於一致。

——本文摘自《不廢江河萬古流：林清凉回憶錄》，2022 年 4 月，天下文化。

• 作者／林清凉
• 編者／陳丕燊

回國教書

任何人只要用點心看日本報紙、評論雜誌或電視，很容易瞭解國際情勢，尤其是中國問題。1960 年代末，情勢開始對中華民國不利，「有辦法的」臺灣百姓想盡辦法離開臺灣。政府非痛下決心，認真地進一步建設臺灣的軟硬體不可。大約清楚亞洲的將來，我選擇回臺大物理系，計劃和許雲基，黃振麟教授合作培養科技人才，同時加入許雲基教授的原子核研究組作理論計算。離開日本的約一年前訪問了念碩士時的理論組主任 Tomonaga Shin-ichiro（朝永振一郎）教授，廣泛地請教他，其中至今不能忘的是：

二次大戰期間日本物理學家仍然專心於培養下一代，那時能教 Dirac 量子力學的約 50 名吧（他說的），1969 年約有數百位，即約增加 10 倍。

觀察 1957 年夏天的臺北和東京，臺北的物質條件比東京好；但 1970 年夏天是倒過來了，臺北遠不如東京。還好，當時的政府好像已知中華民國的處境，克服一切困境守好臺大物理系的老師和朋友們的志氣也不錯。配合國際情勢的可能發展，我全力以赴積極地教育學生，和他（她）們一起努力奮鬥，師生之間無話不談，讓他們瞭解自己處境。學生們不但努力求學，也幫物理系做了不少事，他們之中多位正身居目前在臺灣高科技界第一線奮鬥的領導階層。

科技要生根，國家必須培養大量有靈魂的科技人才。年輕人的能力是國家實力的表徵，除了專業知識及非專業的某程度知識外，最重要的是強壯的身體，個性獨立自主，敢講敢做敢負責，富有使命和正義感，即有「自信」。我一直用以自勉，並以之為對學生的畢業期許（不是學業畢業期許，是踏入社會或學術界的期許）的是「自尊、自主、自信」。「自尊」的部分，我會注意引導；至於「自主」和「自信」，因為需要時間，以及和外界的接觸，故請學生自己努力。

1972 年 7 月，我在當時的臺大土木系主任丁觀海教授介紹下，和在美任教的馮纘華先生結婚，暫時赴美。結婚的約定是，盡早把美國的事情整理完畢後，長住臺灣；而在那以前，每年暑假必回臺灣。馮先生他實踐行了諾言，。由於我無法離開臺大太久，馮先生讓我先回來，然後他連根拔起，提早退休，回到臺大環工所任教，同時和臺大環工所，以及臺灣環保界同仁默默但積極地處理臺灣的汙染問題。

1980 年前後，臺灣進入經濟起飛，水、空氣和土壤的嚴重汙染是付出的代價。可能馮先生體內本來就有癌細胞吧？回臺後幾乎天天進出嚴重汙染區或工廠，使他的健康迅速惡化，終於在 1985 年 6 月底發現患了在臺灣無法醫治的惡性 T 型淋巴癌，非赴美治療不可。我們最後仍選擇回臺灣。1986 年初秋，馮先生在臺北榮總過世。臨終，讓他耿耿於懷的是，臺灣的環境汙染處理工作尚未告一段落，還需約兩年。

該如何

當人遇到逆境時，引導我們的可能是使命感、人生觀和理念吧。1986 年秋天後個人更投入於教研工作，堅強地向 1970 年夏天離開日本時所規劃的路徑前進。亞洲情勢大致也朝 1970 年初在日本時所預估的方向發展著。日本貨果然席捲了全世界市場，政府的經濟政策成功，臺幣也快速升值，出現了「臺灣經濟奇蹟」。理工科，尤其是電機系，為應屆高中畢生所嚮往。但理工科系的女學生數沒什麼大變，到目前仍然如此，例如臺大物理系，平均維持 12%，整個社會對女性的態度及女性的社會地位，都比光復當時改善很多，但對女性從事科技，仍然不積極，重男輕女，大男人思想依然存在。

女性占人口一半，小孩和丈夫都會受到女性的影響，加上女性有不少優點：「平均比男性強的直覺力，細心細膩又富耐力，較男性能管理自身問題，為什麼至今在社會上仍較男性劣勢呢？男性無形中視女性為弱者，要保護她，甚至於想宰制她；而女性也順水推舟似地靠過去，商品化自己，甘願做個被支配者。需知，國家要健康，女性的健全是首要條件。所以首先要導正整個社會的價值觀，尤其要消除男尊女卑的封建思想。其次，社會及學校都要執行男女平等教育，例如男女學生同受家務工作訓練，不要再把女性花瓶化。同時國家應有一套可使職業婦女安心寄托的公營育幼院、托兒所政策。這些工作必須政府帶頭負責做。至於女性，在過渡時期，必須更加覺悟。如此，理工科系的女生便可望和男生同數了。

問題是政府做不做。

1970 年我離開日本時，日本的公立大學理工科系的女生遠比臺灣少很多，可能是臺灣的五分之一吧，沒想到約三十年後的 2003 年的日本超過了臺灣，女性科技人才逼近 15%，1994 年的日本科學技術廳（對等於臺灣國科會）廳長是女性。從 1993 年左右，日本開始計劃「科技維新」，必然已注意到女性的重要性。政府帶頭，輔以部分男性的積極奮鬥，才帶來今日的日本。1996 年開始的五年計畫順利完成，目前（2006 年到 2010 年）是第三期五年計畫，長期目標則是在 2050 年成為科技強國，並在這段期間培育出 30 位諾貝爾獎得主，整個日本變成科技島，人口控制在一億二至三千萬，全國人民安居樂業。於是解放女性能量，健康聰慧的女性是完成此大型國家工程的必要且充分的條件。

日本做得到，為何我們做不到？政府負責了沒？

臺灣男性是否尚未覺醒或太傲慢？

臺灣女性是否太不自愛或自甘墮落？

今天的問題是男女性共同問題，任何一方都不能馬虎！

2003 年初重回臺大教大一普通物理，有機會直接接觸男女同學，發現女生的整體表現平均較男生好。我不曾遇到或感覺到男生輕視女生的場面，反而見到有的男生怕女生；而一旦相互發生感情，女生往往占優勢，絕大部分男生會聽女生的話，這四年內只遇到兩位強勢的男生，我擔心這樣的男生遲早會碰壁。然而，為什麼他（她）們的年紀愈大，情況愈微妙，到進入社會（含學術界），性別生態逆轉，男性成為優勢！這是為什麼？真正的關鍵在這裡！從這裡切入分析，個人見解：

整個社會的價值觀和歷史帶來的負面效應；媒體無意中的負面影響；負責教育的大專男女性教授們，無形中做了不利於消除對女性的封建思維的言行。

假如大一理工科系的女生占 10%，二十年後留在科技界的女性不到 10%，留在教研界的百分比更低，這是為什麼？以上這些疑點沒解決，單靠女性努力吸引年輕女性步上科技之路，而少了男性的積極合作，很可能事倍功半。本來任何人，只要對某個領域真的感興趣，加上有健康的身體、毅力、高抗壓性和獨立自主性，是有高機率達成自己的願景的；但如整個社會或學術界環境不理想，則達成的機率將劇降，首當其衝的受害者往往是女性。請大家問問自己：

我們的科學生根了沒？我們的科技體質如何？如果無法正面回答的話，那麼：解放女性能量是首要任務。

——本文摘自《不廢江河萬古流：林清凉回憶錄》，2022 年 4 月，天下文化。