科學發現三要素:權力、證據與激情 -- 電視片《科學的故事》概要

BBC 電視片涉獵之廣令人瞠目。據說背後有美國政府資助,為此還引起美國公眾不滿:有錢幹嘛不自己花,讓大西洋對岸那個小小島國出彩。也許是 BBC 的實力使然,我們管不了那麼多了,只管欣賞就是。

此片稱為 Power, Proof and Passion。Power 譯成權利也許不夠貼切,片中字幕就是這麼譯。片子上來就提出一個基本問題:歷史如何成就科學發現?片中給出三個要點。

  1. 某些異想天開的傢伙提出大膽設想。

  2. 某些有勁沒處使的傢伙以收集證據為樂。

  3. 某些有錢沒處花的傢伙往裡砸銀子。

此三點須撞到一起才有重大科學發現,因此須有不可多得的運氣和機遇。千百年來人類忙於填飽肚子和相互征伐,此種機遇實在稀少,只能在茫茫黑暗中摸索。直到中世紀之後,上面三種人開始增多,才有可能撞到一起,科學之花由此迸發。

典型例證是十七世紀初日心說的奠定。

日心說和地心說歷來爭論不休。羅馬教廷當然支持由希臘人開創的地心說,以此維護上帝創世和三位一體之威嚴。哥白尼寫書論證日心說,使戰火重燃。可惜哥白尼把行星軌道全畫成美麗的圓形,缺少證據支持,並不能服眾。

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古希臘宇宙模型

轉機來自神聖羅馬帝國皇帝魯道夫二世。這位帝國君主對新發現如飢似渴,以巨資吸引思想怪傑聚集布拉格。其中包括一位痴迷於天文觀察的丹麥貴族泰科。在皇帝資助下,泰科建立了一座天文臺,苦幹二十年,蒐集了大量觀測數據。

不過,泰科不擅長用數學方法分析數據,要不是開普勒的到來,他的辛苦也許終將一事無成。開普勒窮得連孩子也養不活,來到布拉格只求靠占星術混碗飯吃,沒想到剛編入泰科手下就遇到這位天文觀測家的夭亡。開普勒於是有幸把自己的數學天分用於泰科的觀測數據。

開普勒花了五年時間計算這些數據。他曾給讀者寫到:如果你覺得這些計算很乏味,請想想我多麼可憐,已經計算了70次。

起初,開普勒的計算根本無法產生完美的圓形軌道,無論怎麼修改軌道和速度也無濟於事。絕望之際,他放棄了被世人看做天經地義的完美圓形,決定試試別的途徑。他的異想天開居然一舉成功,計算結果說明:橢圓軌道與觀測數據完全一致。

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開普勒的宇宙模型

然而,開普勒的計算並未引起世人注意,圈內人甚至指責他把物理學引入天體觀測。新的轉機來自意大利。文藝復興給意大利帶來商機,財富源源不斷,智者彙集而來,其中就包括伽利略。

伽利略所在的水城威尼斯很容易受到海上侵犯。當時傳說荷蘭人搞出一種觀測裝置,弄兩片玻璃和一個圓筒就能看清遠景。威尼斯要是有這種東西,就能對海上來犯提前報警。

伽利略當時一文不名,還有三個孩子要養活,一聽說這東西,馬上想到這是自己的機會。於是買來鏡片自己打磨,花了幾個星期搞出一部六倍望遠鏡。他把威尼斯的有錢人請到海邊瞭望臺,使他和他的望遠鏡一舉成名。

伽利略不再缺錢,於是把興趣轉向天文觀察。他發現了木星較亮的四顆衛星。這一發現非同小可:居然有“月亮”圍著其他行星轉,這說明地球並非宇宙中心!他還利用問世不久的印刷機出版了一本專著《星際使者》。這本圖文並茂通俗易懂的書非常受歡迎,成為歐洲的暢銷書。

科學發現三要素:權力、證據與激情 -- 電視片《科學的故事》概要

伽利略發現了繞木星旋轉的衛星

真正觸怒羅馬教廷的是他的另一本書《對話》。他以對話形式敘述了地心說和日新說的爭論。此書本來已獲教廷首肯,但伽利略犯了大忌:科學居然可以證明天體結構,那麼,聖經和教廷的權威何在!於是,伽利略被軟禁在佛羅倫薩,直到去世。

科學發現三要素:權力、證據與激情 -- 電視片《科學的故事》概要

伽利略的《對話》一書

但教廷此舉反倒讓伽利略聞名於世,人們開始重讀哥白尼和開普勒,並開始思考一個如今看來非常普通的問題:科學觀測和科學計算是否能證明真理?

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伽利略在宗教裁判所

一切看來都出於偶然。一位喜歡新思想的魯道夫皇帝,二十年觀測天體而不倦的泰科,以占星術起家又精通數學計算的開普勒,急於擺脫貧困的物理學泰斗伽利略,恰逢威尼斯工匠製作出高度透明的玻璃,又得益於印刷機興起而印出暢銷書。

所有這些偶然事件,其實都是時代產物。宗教改革,地理大發現,文藝復興,這些大事件既為歐洲帶來財富,也帶來了自由思想、人文精神和科學意識,同時,工藝進步又為科學發現提供了技術條件,這才導致十七世紀初一連串偶然事件的疊加。

國人一向主張科技立國,是否該從歷史中領悟點什麼?如果政府有錢,也願意投資於科研,這隻提供了科學發現三要素之一。政績科研造就的是急功近利,造就不出滿懷激情 N 年如一日沉迷於觀察、實驗和分析的科學聖徒,更造就不出導致科學發現的自由思想。同時,民間那些自發的願意為科學獻身的聖徒卻得不到資助,倒是常被人當作怪物。三種要素被分離,這也許正是科學夢難圓的深層原因。


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