任教於臺大應力所的李世光老師，不止在專業領域上受人景仰，他的幽默風趣也在江湖上廣為流傳，據悉李老師辦公室裡有著千奇百怪的小玩意兒，每一項小玩意兒的背後都有精彩故事。泛科學特別來臺大應力所直擊現場，聽李老師跟大家分享他珍藏的科學故事。那天的陽光讓臺大校園充滿活力，我們提早到辦公室等候李老師，還沒見到人影，就聽到走廊上傳來他爽朗的笑聲，李老師走進門，熱情的招呼我們這群小粉絲後，從辦公桌後方的展示架上拿出兩顆石頭說：「這兩顆石頭有很多故事可講呢！」
獲選為超級世光大道第一集主角的這兩顆卵石，只有半個拳頭大，一顆純白，一顆血紅，表面有點粗糙，看起不過是平凡的石頭，其實來自佛羅里達甘迺迪太空中心的履帶車道，它們有什麼樣的魔力，能讓李老師二十多年來仍愛不釋手、津津樂道？
故事要從很多年前說起，當時李老師在朋友的邀請下，去佛羅里達州的甘迺迪太空中心參加了特別參訪團，到一般遊客不能進入的棚廠，近距離欣賞承載全人類太空夢的太空梭，了解太空梭的製作和維修等過程。結束了棚廠的參訪，李老師被帶到戶外前往參觀履帶車道，當時他心想：「我大老遠跑來太空中心參加特別參訪團，在佛羅里達的豔陽下，竟然要我們去看一條石頭路？究竟有什麼特別的？」聽過履帶車道的介紹後，李老師心中的疑惑由此解開，也才知道這一條看似簡單的石頭路，其實是項偉大工程。
太空中心每一次的任務，都是經過龐大團隊最嚴謹、最縝密規劃產生的心血結晶，當太空梭通過最後一道檢查，工程師終於豎起大拇指轉身向大家露出微笑，太空梭就會離開棚廠，乘坐專車——履帶運輸車——前往遠處的發射台，準備飛向宇宙，浩瀚無垠！承載太空梭的履帶運輸車無疑是條硬漢，這重達270噸、有一個籃球場大的巨無霸機械馱獸，以時速1.6公里的速度，穩重地乘著農神五號火箭（Saturn V）、太空梭、發射臍塔（launcher-umbilical tower）和移動式發射台，走完阿波羅計劃的最後一段路，前往5.5公里外的發射平台。
要平穩地走完這段5.5公里長的路還真是不容易。雖然履帶運輸車有非常精密的水平校儀可以維持平衡，但若地面不平，履帶車開過地上的凸起或窟窿，經過這麼一震、車身一歪、太空梭一倒，這損失可是不堪設想，所以太空中心必須重視履帶車道的路平專案。既然路平這麼重要，為什麼他們要在地上鋪石頭呢？難道太空中心沒有錢鋪柏油嗎？
讓我們從材料說起。製作車子的履帶不能用一般輪胎用的橡膠，因為橡膠無法負荷車子本身以及太空梭的重量。選擇履帶材料時，我們可以從載重量跟履帶面積計算出履帶會承受的壓力，再去找可以承受這個強度的材料，於是工程師選擇鋼來製作履帶，完成後必須配合履帶為車子製作適合的道路。要讓這個重量級馱獸在上面行走，路面肯定也要很耐操對吧？那我們可以鋪鋼在地板上嗎？李老師說：「不行噢！如果地面也用強度大的鋼作為材料，那履帶跟地面都很容易磨損，還可能會黏在一起。兩個互相接觸的材料是不能隨便選擇的。這中間牽扯到的是材料間的摩潤學（Tribology）。」
舉例來說，修過車的人都知道，鋼鐵的火星塞裝進鋁製的引擎時，要先用手輕輕的旋，之後才能用板手，因為火星塞比較硬，鋁比較軟，若直接用板手轉，會不自覺地為引擎口開新的火星塞螺牙。選擇長期磨潤的兩個材料，必須考慮到強度，同時還要避免兩者在摩擦時的高溫高壓下互相融合。考慮鋼鐵、柏油、混凝土等常見的地面材料，我們可以用這些簡單的原理來判斷哪個比較適合。
若使用鋼作為車道的材料，在履帶車行走的過程中，可能會產生高壓、高溫導致車道跟履帶互相融合，車子跟地板黏在一起的話，要怎麼將它們分離呢？車子在柏油路上行走，剎車擠壓的過程中會造成路面的褶皺（corrugation），履帶車在路面上移動時，若重心稍微偏移，壓力集中在某個地方，那裡的地面就會塌陷，太空梭可能因此傾斜，甚至倒塌，後果不堪設想。而混凝土的拉力強度只有壓力的十分之一，雖然能抗壓，卻不能夠抵抗張力，也就是不耐拉，所以當履帶車走在上面，混凝土鋪成的地面會裂開，也不適合作為車道的材料。
淘汰了三組候選材料，哪裡還有強度夠又不會磨耗履帶的材料呢？工程師心想：「既然我們的材料都無法維持車道的完整，不如做一條受壓時會均勻破碎，又能隨時推平的路吧……石頭或許是好選擇！」我們想像的石頭路可能很顛簸，但相較於車子的履帶，由一顆顆卵石鋪成的地面其實是平坦的，工程師希望履帶車的壓力能均勻分佈在石道上，磨潤到某個程度或壓力改變時，石頭也能像安全玻璃一樣均勻地粉碎。
決定了材料的方向後，工程師的下一個目標就是尋找這種有均勻破碎性質的石頭。他們在美國境內到處搜集卵石，帶回來一一做實驗，最後終於選出一種符合磨耗均勻，且受壓時破壞均勻等條件的完美石頭，可以運來太空中心，鋪成兩公尺深的履帶車道。這些身負重大使命的石頭來自阿拉巴馬的「某條河」，不過究竟是哪條河呢？李老師嘿嘿的笑：「我也不知道，這是國家機密！」
從堅硬的鋼鐵到碎裂的卵石，工程師在履帶車道的選材之路上最大的轉折，就是從尋找「強」的材料，改選會破碎的石頭，「如同『If you cannot fight it, join it』這句話，如果地面不能抵抗履帶車的壓力，那就讓它粉碎吧。」李老師說。
除了尋找履帶車道材料，「If you cannot fight it, join it」這個想法也曾啟發其他工程師嗎？李老師說：「其實這句話在工程上有很多例子，例如龍江路上的華航大樓。華航大樓是三十年前土木領域中很重要的建築，我們念土木的都會去參觀。」過去蓋大樓的概念是，越高的樓要打越深的基礎，但經過日本東京大地震，工程師發現基礎深的結構在地震時比較容易倒塌，改而發展「筏式建築」的概念，把建築物看成浮在土上的船，以大面積的鋼筋混凝土作為基礎，抗震力會比較高。華航大樓就是筏式建築的代表。
除了高聳的大樓，華航大樓旁邊有一大片停車場，那也是建築物的一部份，所以整個華航大樓是由一高一低的大樓和停車場組成。樓體很重，停車場很輕，若以筏式建築的概念來看，就像一艘左重右輕的船，若兩者之間連接處的結構是硬的，兩邊受到不一樣的力，就會像在折筷子一樣，導致高樓和停車場之間的結構斷掉。
該怎麼解決這個問題呢？這時土木工程師的耳邊響起了謎之聲：「If you cannot fight it, join it !」若建築之間連接的鋼條不夠強，無法承受兩端重力差造成的力，不如讓連接處變成「軟」的，彎矩（Moment）不能傳遞，就不會斷掉啦。想像一根又長又硬的打狗棒在激烈的打鬥中應聲斷裂，若能將長棍分作兩段做成靈活的雙截棍，就不會像棍棒那麼容易斷掉了。同樣的道理，工程師讓華航大樓這樣的建築物從一艘載重不均勻的大船分成兩段，變成一條大船拖著小船，兩者連接在一起又各自平衡，就解決了結構斷裂的問題。雖然這樣一來大樓跟停車場在土壤上的沈降可能不一樣，但比起應力太大導致材料降服（變形），這只是個小case。
回憶起那時去佛羅里達拜訪甘迺迪太空中心，繞過排隊人潮，直接由專車接送去參觀太空梭，之後卻在大熱天下被帶去看條石子路，李老師原本以為無趣的石道漫步行程，卻因為這一串精彩的研發故事，成為最難忘的回憶，朋友親自從履帶車道上撿起送給李老師的普通石子，也因為這特別的意義成為最珍貴的禮物。
履帶車道跟華航大樓的故事告訴我們，工程師跳脫原本的思維，為問題找到解答，而除了「if you cannot fight it, join it」這種思路，工程上還有很多種意想不到的重大突破，還記得前文提到柏油路的corrugation嗎？這個在鄉間小路、紅綠燈前馬路上常見的地面褶皺，不僅是柏油無法用來做履帶車道的原因，竟然還是磁碟機進展的重要關鍵！預知詳情，請待下回分曉～
【極光片語】專欄收錄李世光老師的訪談，每一段小故事、小物件的背後，都有饒富趣味的科學道理。吉光片羽比喻殘存的珍貴文物，象徵李世光老師在科學研發的高昂志氣和人生智慧；傳說見到極光會帶給人一輩子的好運，期待讀者在本專欄得到的啟發，都能像看見極光般感動。
狐禪
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