書.人生.張嘉泓》科學與普及:擁抱群眾的 vs 很難親近的科學家

總有那麼一本或數本書,一位或多位文人作家,曾在我們的閱讀行旅中,留下難以遺忘的足跡。「書.人生」專欄邀請各界方家隨筆描摹,記述一段未曾與外人道的書與人的故事。期以閱讀的饗宴,勾動讀者的共鳴。

有一次上廣播節目談科普書,主持人開門見山問了一個問題:「這些書,對你們科學家應該太簡單了吧!你們平時真有興趣讀科普、寫科普嗎?」

這的確是個犀利的問題。合理的推想,認真的科學家應該提不起勁來講究簡單的科普書吧。為了顯示我是很認真的科學家,後來再上這個節目時,我只好談皮凱提的《21世紀資本論》。

事實上,西方的科學家,常態性地會從事科普的書寫,最有名的例子就是《科學美國人》(Scientific American)雜誌的文章。它細緻、親切卻精確的書寫,特別是對科學家自己的科學活動的傳神描述,可以說是科學寫作的範例。不只雜誌,只要出現新發現、新理論,從基因組、希格斯粒子,到最近的引力波,很快就有專家將這些令人興奮的結果,奮力寫成科普書,吸引一般大眾的目光。畢竟科學的研究,無論經費上、士氣上都要依賴社會的支持才能持續。

但科學家對科普的熱情,並不僅限於一份責任感。

我從小的偶像是費曼(Richard Phillips Feynman),他可以說是科普精神的典範。科學的重心在戰後由歐洲轉移到美國,費曼是第一代完全在美國養成的大師級物理學家。除了科學上的成就,他也是一位好老師、優秀的溝通者。他自己非常自豪可以找到方法,把深奧的概念用直覺的推理,比手畫腳地講到連剛開始學的大一新生都能聽懂;而且他的熱情,讓你感覺這是必要的。

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理論物理學家費曼(取自wiki)

據說,某次一個大一新鮮人問了他一個問題:「為什麼自旋為二分之一的基本粒子,就一定遵守費米統計?」費曼看了看他:「我來準備一堂課就講這個。」過了幾天,費曼痛苦地回來告訴他:「我做不到,我沒辦法把它簡化到大一程度,可見我們物理學家自己還沒有真的搞懂這件事。」

這是一種擁抱群眾的謙遜與熱情。套句新書的廣告詞:科學實在太有趣了,不能只有科學家知道。科學對費曼來說是充滿樂趣與美的。他的藝術家朋友曾經手拿一朵花,嘲笑科學家只知道分析,不像藝術家懂得欣賞花的美。費曼覺得這實在是超笨的(見The Pleasure of Finding Things Out, Feynman, 1999)。

首先科學家也可以感覺得到花的美,而且他可以更深入看到裡面細胞的運作:他可以了解花的色彩會吸引昆蟲,他可以因此推論昆蟲一定也看得懂色彩,他更可以進一步追問昆蟲是否有美感。有這麼多有趣的發現與問題,都是奠基在美感所能欣賞到的美之上,這不是非常快樂的嗎?

費曼的溝通態度不只是面對大眾,他面對科學也是如此。費曼最偉大的發明就是費曼圖,這種圖是把相當複雜的計算,非常精巧奧妙地,用如漫畫一樣的圖解來表示。例如以下這張圖,就是兩個電子透過交換一個光子,進行電磁交互作用的散射。你看,多簡單。

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更厲害的是,在這個圖中,每個元件都對應一個數學式,將所有的數學式乘起來,就可以得到這個散射發生的機率。

嚴格講,費曼圖只是一個計算的簿記,但因為太生動了,現在幾乎已或多或少被當成真實發生的事情了。面對大眾、吸引大眾,就不能太計較。

但也有不喜歡迎合大眾的科學家,施溫格(E. Schwinger)就是這樣的例子。施溫格並不是一個家喻戶曉的名字,但他與費曼是同一個時代的大師。同一年(差3個月)同樣在紐約市出生(剛剛才發現,戰後到60年代前,最偉大的5位粒子物理學家全都出生在紐約市,怎麼回事?),同一年因解決同樣的問題(量子電動力學的重整化)得到諾貝爾獎。兩人互為瑜亮,個性果然也天差地別。讓我提醒大家:施溫格比費曼早了一年算出後來得到諾貝爾獎的結果。

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理論物理學家施溫格(取自wiki

施溫格正經、有點嚴肅、害羞、不善寒暄,很難親近,連學生都不喜歡面對,何況是大眾。我聽他的學生,康乃爾大學的顏東茂教授描述,施溫格在哈佛大學物理系時很少進辦公室(而且都很晚),他指導的學生得像掛號看病一樣,在他很有限的時間內,排隊等著與他討論。

那總得上課吧?上課也是一絕。據說,施溫格一進教室就開始講,就像演奏會,中間完全沒有空隙讓你發問(你怎麼好意思打斷他那如莫札特音樂般優美的演講)。等到下課時間一到,他一定優雅地正好走到黑板與門之間結束,然後一溜煙,直接走出教室。學生自然會蜂擁而上,追著他問問題,但通常都追不上。有一次,他在廁所被堵到了,學生直接站在門口等他,等了非常久都不見施溫格出來,進去一找才發現他已從窗子逃了!

施溫格的研究以嚴謹著稱,他曾說過:「如同矽晶片,費曼圖將計算能力帶給了大眾。」這句話,恐怕是有一點貶意。因為以他的標準,費曼圖混淆了真實與簿記,實在是非常誤導的一個工具(波爾就曾批評,粒子不是遵守測不準原理,位置與動量無法同時精確測量,怎麼現在又可以畫出一條軌跡來了呢?)。

施溫格上課、研究都不用費曼圖,學生用他就皺起眉頭。但費曼圖簡直像流行音樂,禁也禁不了。傳說有一次,施溫格在上課時出了一個題目給學生做,自己就先離開教室。施溫格一走,學生一起擠到講台前,把黑板翻過來,直接用費曼圖,很快把答案算出來。等到施溫格回來時,學生們已經把費曼圖擦得乾乾淨淨,只留下正確的答案。據說施溫格一直不知道這回事,也許這就是自視甚高的天才的寂寞吧。

諾貝爾物理學獎得主楊振寧曾經比較這兩位大師(或許有些偏心,但針對施溫格的部分應該是對的),他說:費曼是本能的小丑,加上職業的不遵循常規者(professional nonconformist),加上聰明的物理學家,他在成為偉大物理學家的同時,也成為了一個大表演家。施溫格害羞、博學、以完美而手藝高超的句子講話與書寫,是個有文化修養的完美主義者,安靜而內向的紳士。

但無論大師怎麼想,即使費曼圖可能不是那麼嚴格,重點是容易溝通。科學已由少數菁英的遊戲,進入了眾人或多或少都能參與的時代,現在粒子物理的科普演講絕對少不了畫上幾個費曼圖,來顯示演講者親民的作風。而躲避學生的施溫格,卻訓練出大量非常優秀的學生(數一數竟有70人,至少4個諾貝爾獎得主。相對的,費曼就少得多),而且大部分學生在回憶時,想到施溫格對他們的啟發,都感覺受用一生。

施溫格與費曼以不同方法解決同一個問題而同獲1965年的諾貝爾物理獎,這顯示兩個人都參與了當時的科學社群強烈關注的研究活動。也就是說,無論什麼樣的個性,科學家共同的志業都得面對科學社群,聆聽、對話、辯論、說服。看似離群索居的施溫格,其實也必須入世。

科學離不開科學社群。這個社群定義了問題,也提供了對話的對象,更重要的,它規定了規則。在科學活動中,參與者的任何陳述永遠隱含著一個承諾:我隨時準備為自己的陳述,向科學社群辯護或提供理由(justify)。關鍵是:辯護時所訴諸的不能是權威、宗教、情感,而只能是理性。而所謂理性,就是無論任何人,即使是販夫走卒,只要願意運用其天賦智能,就必須能夠理解、能被說服的思想方式,所以是人人能懂、也必須是人人能懂的。引用費曼的話:如果沒辦法把一個科學簡化到大眾程度,科學家一定還沒有真的搞定這件事。

當學生或一般人殷切地問:「費曼先生,憑什麼物體運動速度不能快過光速?」費曼那種自然熱切的回應:「讓我解釋給你聽……」就如同在科學活動中,科學家為自己所相信的論述,提供一個理由的辯護精神,而且必須是任何有理性的人,只要願意就能夠理解的理由。

這是內在於科學核心本質的。這類提供理由的動作,對科學家來說是本能的。因此我大膽主張:科學家對科普的熱情,是這種本能在無意識狀態下的反射動作。

科學家會有興趣讀或寫科普書嗎?會,因為與人,與所有人溝通,本來就是科學的本質。


張嘉泓
理論粒子物理學家,畢業於哈佛大學物理系,現任教國立台灣師範大學物理系,曾經擔任時報開卷版書評委員。

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