2021年1月18日 星期一

我最敬仰的科學巨人之一 : 達爾文

    我最敬仰的三個科學巨人,分別是:牛頓、愛因斯坦,以及達爾文。他們三個人的發現,都大大地改變人類對這個世界的認知。

    雖然我最喜愛的科學領域一直是物理,但我第一次感受到科學的震撼,卻是達爾文的「演化論」。牛頓的理論從我小時候便充斥在所有的科學書籍中,因此一直或多或少接觸著,我像天經地義般地吸收學習,因此當時並沒有特別的驚奇感,而愛因斯坦的理論則是上了大學之後才算慢慢有了正式的接觸(那時可沒有那麼多電影、電視或科普書籍)。所以我第一次深刻感受到科學的震撼,是國中初次接觸到演化論的時候。
    當時我為這個簡潔的理論居然可以解釋所有生物的演變感到驚奇,天擇、遺傳、競爭、變異、適者生存…一個個新鮮的詞語,為我大大開啟了一扇窗,讓我撇見了一個好的科學理論居然可以包羅萬象地解釋碰到的複雜生物現象。從此我成了達爾文忠實的信徒,一直為他的演化論深深著迷。(不過生物學中的其他部分,像是植物、解剖、昆蟲…我便沒有那麼熱衷,所以終究沒往這條路走)
    達爾文之前,生物學家對於「什麼因素造成生物具備某種特質」這類基本問題,稱得上是一無所知,他們看到了生物多樣豐富的各類性質,卻完全沒有任何理論可以解釋。大部分人大概都接受反正他們本來就存在,就是長這樣子,或是接受上帝在六天之內創造了所有生物的聖經故事。因此,達爾文就像是生物學界的牛頓,使生物學從此擺脫了宗教的枷鎖與古希臘「目的論」的束縛,<物種源始>對生物學的重要性,就像牛頓<自然哲學的數學原理>對物理學的重要性一般。
    達爾文的家族顯赫,生活富裕,他的爸爸和祖父都是醫生,所以他16歲時便被送去英國愛丁堡大學學醫,但他對醫科實在沒什麼興趣,而且達爾文從小就愛遊玩,課業不佳,只有對地質、昆蟲及自然史較有興趣。所以醫科念不下去,他爸爸只好改送他到劍橋學習「神學」,好將來擔任神職人員(這在當時可是不錯的工作)。達爾文年輕時這麼遊手好閒不上進,一方面也是因為他相信他爸爸會留給他很多的財產,讓他不用努力也可以舒服地過日子。(好個富三代啊!)
    影響達爾文一生的轉捩點,當然就是22歲的時候接受教授推薦,以博物學家的身分上了「小獵犬號」環遊世界,如果達爾文沒有這趟旅程,他將永遠沒有辦法構思出演化論,大概只能輕鬆平凡地平靜過一生。小獵犬號博物學家這個職位其實是沒有薪水的,一般人可沒有辦法自費出航好幾年沒收入,還好達爾文家境富裕沒有這個困擾(可惡..)。而這個機會改變了達爾文的一生,也改變了科學的歷史。
    這趟長達5年的旅程,其實並沒有馬上讓達爾文建構出演化論,他27歲返航之後一邊過著半隱居的生活,一邊更深入地構思演化論。一直到47歲左右,他才開始私下與其他科學家透露他的研究,並在友人的支持下準備著手寫論文。拖了這麼久除了達爾文希望有更多證據支持他的理論外,還有一個重要的原因就是,他知道他的理論如果一發表,必定會引起宗教界與科學界的嚴酷攻擊。所以達爾文原本並沒有出版的打算,而是把它當成「科學遺囑」。
    最後促使達爾文下定決心趕快發表演化論的原因,相信很多人都知道,是因為華萊士寄給達爾文一份手稿,請他過目指教並轉交給另一位達爾文的好友地質學家。這份手稿簡述了華萊士自己所構思的天擇理論,其中最重要的概念和達爾文的很相近。這讓達爾文慌了,不知如何處理才好。如果是牛頓遇到這個問題,他一定會大發雷霆,然後攻擊別人剽竊他的想法(看看他如何對待虎克及萊布尼茲就知道)。
    但達爾文不僅沒有擱下這份手稿,還寫了些稱讚的話,連同手稿如實轉交給了那位著名的地質學家萊爾。後來萊爾建議了一個折衷方案: 讓他們一起在倫敦的林奈學會報告,並同時在期刊發表研究成果。其實,達爾文和華萊士雖然獨立發展出了天擇理論,但達爾文研究更重要的是提出了許多物競天擇的證據,這也是後來短短10多年間演化論便獲得眾多科學家支持的原因。此後華萊士對達爾文一直相當敬重愛戴,認為達爾文的處理相當公平且寬大。
    達爾文的演化論不僅是極為重要的科學理論,這演化及天擇的想法還大大地影響了許多其他的領域,從心理學、醫學、農業、宇宙學,甚至到社會科學。而演化論對於宗教的影響實在過於巨大,所以直到現在仍有些有力人士不斷地壓抑達爾文的思想,在美國甚至有人設法嚴禁學校教導學生演化的概念,或是推動立法要求學校在教「演化論」的同時,也要併陳聖經的「創造論」,讓學生參考「選擇」。
    人類始終是大自然中微不足道的一部分,從地心說到日心說,創世論到演化論,理性自我到潛意識本我,人類不斷由自尊自大獨一無二的傲慢中,逐漸退卻到浩瀚宇宙裡的滄海一粟、旦夕浮游(邊緣人的概念~)。但失去中心的地位不代表失去意義與價值,就算不是上帝(唯一)的子民依然可以過的抬頭挺胸,就算是班上邊緣人還是可以嫁給好老公(或娶個好老婆)過著幸福快樂的日子(咦..)。只要有愛,大小不是問題(我是說地位...)。
 
顯示較少內容

希爾伯特的「愛因斯坦方程式」

   1915年底,愛因斯坦正與他糾纏許久的「廣義相對論」做最後痛苦的搏鬥。他萬萬沒想到,那年6月在台下聽他演講的某位聽眾,竟即將早他一步奪走他的宇宙方程式。「或許,那場演講我透露的太多了…」36歲的愛因斯坦有點懊惱。

十年前,1905年,還在瑞士專利局擔任審查員的小伙子愛因斯坦,數篇論文劃破了物理學界的紛擾天空,尤其是狹義相對論,於是幾年之間,審查員登上了柏林大學的教授職位,成為科學界閃亮的新星。儘管他當時已光亮耀眼,但我們事後來看,會發現這竟只是他的起手式,他將等數年之後才會邁向自己學術的巔峰,成為震古鑠今的武林盟主,也從此改變我們對世界的認知。
1907年,愛因斯坦坐在專利局的辦公室內,突然天啟般的靈光一閃:「如果一個人自由往下掉落,他將不會感覺到自己的重量」。這個他後來稱作「一生中最快樂的想法」開始指引他走向新的宇宙大業,挑戰科學第一人牛頓的重力理論。但這個理論進展得很慢,其中所牽扯到的數學過於複雜,遠超過當時愛因斯坦的數學能力,於是他只好求助於他的數學家老友葛羅斯曼,試著以數學來描述彎曲的四維時空。經過數年鍥而不捨的努力,愛因斯坦終於在1915年中獲得了具體的明顯進展,但依然無法完成最後最艱難最核心的「重力場方程式」。
1915年6月,愛因斯坦在德國哥廷根大學,世界最頂尖的數學研究機構,為他正在構思的重力理論進行一個系列的演講。當時台下坐了一位世界最聰明的數學家希爾伯特(David Hilbert),愛因斯坦向他詳細地解說了廣義相對論的所有細節。希爾伯特聽完後,深深著迷於愛因斯坦及這個偉大的理論,而他又擁有愛因斯坦所沒有的高超數學能力。於是,希爾伯特也加入了追尋宇宙奧秘的行列,開始著手嘗試寫出廣義相對論的完整數學方程式。
很快的,愛因斯坦就感受到了希爾伯特逐漸接近的響亮腳步聲。愛因斯坦知道自己的方程式仍存在著明顯的缺陷,他分秒必爭,想要捍衛他這醞釀許久的新重力理論。而他也答應普魯士科學院在11月的每個星期四,為他的新理論發表四場一系列的正式演講。這讓愛因斯坦整個月都不斷地與他的一堆方程式進行奮戰,修正、更新、思索,搞得他疲累不堪,而希爾伯特又在背後曖昧地逼近,更弄得他心煩意亂。愛因斯坦甚至寫信給希爾伯特,詢問他的進展如何。希爾伯特沒有正面回應,只說: 根據我對你新論文的理解,你的答案和我的完全不一樣。這讓愛因斯坦更加焦慮。要放下名利之心,是連愛因斯坦也無法做到的。
希爾伯特在愛因斯坦第三場演講之後(11月20日),寄出了自己的廣義相對論方程式給哥廷根的科學期刊,而愛因斯坦則在最高潮的第四場演講時(11月25日),及時提出了自己最終正確的重力場方程式,以描述廣義相對論。至於最後廣義相對論的方程式中,到底哪些是希爾伯特率先發現的,就出現了爭論。
但希爾伯特是大度的頂尖數學家,他知道,是物理學家的愛因斯坦完成了這項研究,而不是數學家。他對外也是如此宣稱。愛因斯坦有極強的物理直覺,他能看透最根本的現象與道理,數學對他來說只是工具,雖然他後來發現這工具很重要。科學和數學不一樣,科學是要瞭解世界,尋找宇宙隱藏的法則,而數學則是自成一套邏輯,基本上並不在意世界的真實面貌。
科學與數學其實是相輔前進的,有時數學先行,科學後跟上,有時則是科學先行,數學才出現。但對科學家來說,物理的圖像才是真正重要的,就算希爾伯特率先寫出了宇宙方程式,這個功勞主要仍是愛因斯坦的。是愛因斯坦提供了這個創意的洞見與觀點,提供了新的宇宙圖像與理論架構,數學只是最後一步罷了(雖然也是很重要的一步)。
或許就像希爾伯特說的: 物理太重要了,不能只留給物理學家。

註: 後來科學史家找到了希爾伯特11月20日的論文初稿,發現他當時並沒有寫下正確的方程式,有些是後來修訂時才補上去的。所以愛因斯坦仍然是發現「愛因斯坦方程式」的第一人。

米列娃、居禮夫人,和他們的老公

   米列娃是愛因斯坦的第一任太太,也是愛因斯坦在瑞士蘇黎世技術學院數理系的同班同學。他們在大一相遇的時候,愛因斯坦17歲,米列娃21歲。

居禮夫人(瑪麗)比米列娃年長8歲,出身波蘭的瑪麗因為家中經濟的因素,16歲高中畢業後便到有錢人家中擔任私人家教,以資助他的姊姊先到法國攻讀醫學系。那時擔任私人家教就好像人家家中的僕役一般,地位很低下。那段期間瑪麗曾和此有錢人家的少爺相戀,甚至有結婚打算,但因為男方家庭瞧不起瑪麗的身份,此段初戀終究告吹。瑪麗在有錢人家中度過了幾年不愉快的歲月,情傷之下的瑪麗也只能將自己的心力更投入科學的自學之中。
瑪麗24歲時,已在法國成為醫生(並嫁給醫生)的姊姊,為了回報瑪麗之前的犧牲付出,便鼓勵並資助她到法國唸大學。聰明又刻苦認真的瑪麗,馬上在女生人數極少並處於環境劣勢的理學院內,成為成績優秀的佼佼者,並在26歲時順利以優異成績從大學畢業。原本瑪麗畢業後想馬上回去波蘭,為當時仍被俄國統治的波蘭祖國盡一份心力,但就在那時,瑪麗因科學研究而結識了在大學教書的皮耶.居禮先生,二人也慢慢開始相識相戀。在瑪麗回波蘭的那段時間,居禮先生不斷寫信鼓勵她回來法國繼續深造並從事科學研究,但因為愛國之心與家人的因素,瑪麗一直猶豫不決,後來居禮先生甚至表示願意放下法國的工作到波蘭跟她在一起。瑪麗深受感動,而一方面她也想繼續從事熱愛的科學研究,所以便又回到法國繼續就讀博士班,並跟著居禮先生學習、做研究。
就在瑪麗28歲時,她嫁給了居禮先生,成為了居禮夫人。那時她對新奇而不可見的放射線極感興趣,打算從事這方面的研究,居禮先生為了支持妻子,放下了自己原本的研究主題,跟妻子一同全心投入這個新領域。
就在居禮夫婦新婚燕爾,並戮力於科學研究之際,1896年,在瑞士21歲的米列娃也與愛因斯坦相遇了。米列娃是數理系班上(只有5個人)唯一的女性,據說她有點跛腳,聰明而嚴肅,嬌小憂鬱,但她對數學及科學的熱情,慢慢地吸引了年輕的愛因斯坦,二人戀情逐漸升溫,並常在情書中討論物理,他們似乎一起度過還不錯的四年大學生活。
1900年,愛因斯坦(21歲)以倒數的成績通過了大學畢業考,但米列娃(25歲)考試卻失敗了,無法取得畢業證書,只能期望明年再來一次。桀驁不遜、散漫、經常翹課的愛因斯坦雖想繼續留在大學中做研究,但因深獲大學老師們的”厭惡”,所以無法獲得任何教授推薦,受挫的愛因斯坦只能到中學教書,及擔任私人家教,直到1902年才在朋友的幫忙下獲得瑞士專利局三等技師的工作。經濟上的不穩定,以及家人的反對,也使得愛因斯坦無法與米列娃結婚,且還分隔二地。1901年時,米列娃懷孕了,但愛因斯坦只專注自己的研究事業,很少去探望她。與愛人分隔及未婚懷孕的事情,使得米列娃再次無法通過畢業考取得大學畢業證書,從此米列娃便與他熱愛的科學研究之夢愈行愈遠。
1903年,在瑞士專利局工作而經濟上漸穩定下來的愛因斯坦(24歲),終於和米列娃(28歲)結婚了。愛因斯坦雖然不在大學內做研究,卻始終自我精進著他的學術之路,但米列娃似乎已脫離了她熱愛的科學,成了相夫教子的平凡家庭主婦。就在同一年,法國的居禮夫人(36歲)經過了長達8年辛苦的研究與努力(中途還生了二個女兒),終於取得了博士學位,並因與他先生共同從事的放射線研究,而獲得了諾貝爾物理獎殊榮,是諾貝爾獎中唯一的夫妻檔。
再過二年,1905年,是愛因斯坦(26歲)的「奇蹟年」,他開始在學術界嶄露頭角,一步一步慢慢爬上學術巔峰,成了震爍古今、千古一人的科學武林盟主。但接下來的幾年他與妻子米列娃的關係卻逐漸惡化。米列娃早已跟不上愛因斯坦的腳步,而愛因斯坦處理感情困擾的方式,常常就是逃進他自己的研究之中,他在科學中的熱情與堅毅,與他在感情中的冷酷與缺乏耐心,形成強烈的對比。後來愛因斯坦的表姐艾爾莎還介入他們的感情世界,使得米列娃後來加重了她反反覆覆的憂鬱症狀。在經過約十來年的貌合神離之後,1918年,39歲的愛因斯坦終於和43歲的米列娃離婚。(愛因斯坦在隔年娶了他的表姐艾爾莎)
回到愛因斯坦26歲發表狹義相對論的隔年,1906年,不幸也降臨到當時39歲的居禮夫人身上:那年,47歲的居禮先生在一個下雨的夜晚被馬車撞死了(其實,那時候居禮先生已因放射線的研究,身體變得很虛弱,當時並不曉得放射線會對人體造成很大傷害)。居禮夫人從此失去了她一生的摯愛及研究工作上最有力的夥伴,成了擁有二個小女兒的單親媽媽。不過堅毅刻苦的居禮夫人並沒有被擊倒,1911年時,他又獨自獲得了諾貝爾化學獎,成了有史以來唯一榮獲二次諾貝爾獎的女性。
會想寫米列娃與居禮夫人的故事,是因為覺得他們之間有某種對比性。米列娃遇到了科學史上最偉大的巨人,是一種幸運,也是一種不幸,但我覺得這當中最重要的還是人的個性與彼此之間的契合度。居禮先生親切溫柔、耐心愛人,居禮夫人上進堅毅、刻苦耐煩,而米列娃憂鬱剛強,愛因斯坦則是千山獨行、藐視權威,對科學以外的事漫不經心。
居禮先生始終是居禮夫人最堅強的後盾與支持者、合作者,亦師亦友亦情人,為了協助居禮夫人,他甚至願意放棄自己的工作與研究,我們可以說:沒有居禮先生,恐怕就沒有後來的居禮夫人。但同樣地,沒有居禮夫人,居禮先生也無法達到世俗的學術成就高峰。
而早期的愛因斯坦跟米列娃雖然在智識上相互激勵成長,但當米列娃大學肄業、未婚懷孕之後,二人的愛情便逐漸走下坡。之後隨著愛因斯坦的名氣與學術成就愈來愈大,二人間的隔閡也隨之加深,此時的愛因斯坦需要的伴侶不再是智識上的夥伴(學術界有太多聰明的腦袋在他身旁),而是可以照顧他,提供他舒適家庭環境,讓他可以無後顧之憂、專心致力於他的宇宙大業的老婆,就像他的第二任妻子艾爾莎一樣。
人生的際遇難測,好壞難明,世人眼中最棒的人不見得就是讓你最幸福的伴侶,而最甜美幸福的伴侶,也不見得能白首偕老。一切恩愛會,無常難得久。

2021年1月17日 星期日

接上機器幸福快樂如何?

  假如有一種機器,你接上之後它會給你健康安全的維生系統,並會透過各種電子、化學訊號,讓你的腦始終感到愉快歡樂,甚至給予你像真實世界般的虛擬生活,你可以任意在這世界中選擇你要的精采故事及身份過一生(例如:從貧困的生活中,透過努力奮鬥成為世界首富兼大國領導人,從事慈善與國家建設工作,打敗邪惡組織,受到人民的尊重愛戴,並和超正超帥的對象(們)結婚…),而且真實到無法分辨真偽,就像生活在「駭客任務」中的母體內。請問,你願意一輩子活在這樣的世界中嗎?

大家應該知道,我們的感受追根究柢都是大腦的反應,外界的刺激會轉換成身體內的各種物理化學訊號,所以如果我們的科技足夠進步,便可以透過機器給予你同樣的訊號刺激,引起你的大腦反應,真實得就像在現實生活中。如果人生追求的是快樂歡愉,幸福滿足的感覺,那你何不接上機器呢? 有什麼差別嗎?

快樂,其實是有層次的。人類的某些快樂,是和豬的快樂有些區別的,我們都能從飲食、性愛、玩樂…中獲得身體的愉悅,這很重要,但還不夠。我們都曾在大吃大喝、血拚購物、追劇電玩、激情纏綿 (好吧,這有人沒有..) 的歡鬧之後,感到空虛落寞。此時再去喝一攤或換個對象並不能解決問題,我們還需要更高層次的滿足,例如藝術、知性、善行所帶的愉悅,在我們融通某項知識技能(我終於搞懂相對論了),創造出獨特創意的藝術作品(簡直是畢卡索再世),在與人互動交流獲得肯定(這醫生技術高超仁心仁術),我們都會獲得更具質感與滿足的雋永幸福。

而更重要的一點,更高層次的快樂還應該包含自我實現、發揮潛能與創造力、尋找意義,然後成為更好的人。這是單純接上最科幻的機器也無法給予你的。

我們都會想嘗試看看,在自己有限的一生當中,我們可以藉由學習與努力,蛻變成長成什麼模樣? 是技藝高超的廚師,擴展知識前沿的科學家,還是實現社會正義的檢察官;我們想創造出特殊的貢獻與影響力,讓周圍的人們因為自己而更加美好,使我們的孩子在愛與包容的環境中安心成長,讓學生因我們引導而走回正軌,讓社區因為我們而更和樂;我們也想發揮創意,展現獨特的自我風采,成為教育界的金城武,科技業的周杰倫,媽媽界的歐普拉。

生命,不單純只是追求肉體的歡愉,生活的舒適,或是世俗的肯定而已(雖然這些也非常重要),找到一個志向來實現潛能,展現創意、探索極限也是件重要有趣的事,重點並非最後志向有無成功,而是這個歷程與挑戰豐富了生命,成就了一趟獨一無二的旅程。

不過,如果現實生活真的太過困頓與艱辛,或許接上(夠好的)機器,感覺成為首富慈善家比爾·蓋茲,或網球天王費德勒,也是不錯的選擇~ (請幫我打開開關,謝謝)