科學大歷史The Upright Thinkers

淺顯易懂的物理科學歷史

內容概要筆記

從為什麼出發的好奇寶寶人類會問為什麼

相較於他種物種，對作者而言，他認為人類與其他物種最大的差異在於問問題。更多的是，問對問題-問對問題的能力可能是一個人最大的天賦，也是科學發展中最重要的能力。有了疑問，便開始對他人闡述自己的想法，從一個人製作的百科全書，轉變成一群人一起合作冒險，及集思廣益、腦力激盪的維基百科。科學的發展往往不是一簇可幾，而是經由大量前人累積的經驗總結出的三個基本心智技能(3R（reading, writing, arithmetic）讀、寫、算)，將過去的經驗傳授給下一代，也是因為如此，人類在閱讀的過程中，能夠獲得大量他人辛苦累積的知識與概念。

從主觀的感性到客觀的理性

任何人針對自然的定律提出理論以前（例如建立一個數學模型，我猜想作者在這想表達的意思是建立數學模型的定律），人類最先需要先發明定律的概念。而克卜勒是第一次提出近代關於「律」這個概念的人。從當初的天文學的英文中可以得知，天文學是一門討論星體規則的科學（Atronomy 指的是 astro + nomos ）。當初的克卜勒就是歸納了他的發現而有了現在高中所學的行星運動定律。這當中引入的是數學語言的表達方式。數學語言的精簡，促進了物理原理的表達，闡述他們之間的關係，引導人類進行相關的推理。相較於使用語言，數學使得我們能用精確的方式去描述事件之間的關係與推理結果。

本書用淺顯易懂的語言將人類的科學發展（尤其是物理學）從過去舊石器時代開始到後來量子力學發展的過程，擷取各種發展的重點並且加入作者本身主觀的意見寫下這篇科學複習小說。本文分三個部分，第一大段落解釋人類這物種與其他物種的差異究竟在那裡，第二大段則從物理學、化學、生物學三部分分別討論人類如何從神話故事開始走向科學世代的發展，第三段落則用淺顯易懂的語言，描述量子力學與相對論的發展歷程。這同時也產生一件問題，如果我們利用這樣的方式去理解自然，為什麼自然應該是可預測的？應該是可用人類發現的概念加以解釋的？起碼這問題對我而言是個無法理解的問題。但我們同時也發現，對科學家或者是任何想要創新的人來說，抱持常理不是件好是，但代價是可能會被當成怪人。在科學史及人類普遍的思維中，一昧相信就有及現有的概念，可說是最顯而易見的進步障礙。也因此，在歸納事物時，也須小心是否陷入邏輯上的思維謬誤。

作者引用的句子

我的是第一步，只是一小步，不過我也花了很多心思和勞力。這應該以第一步來看待，並寬容對待。諸位讀者或聽講者，如果你認為我在這個起步已經盡力而為了，就會肯定我所作的，並容我把他留給其他人去完成。 -亞里斯多德我的是第一步，只是一小步，不過我也花了很多心思和勞力。這應該以第一步來看待，並寬容對待。諸位讀者或聽講者，如果你認為我在這個起步已經盡力而為了，就會肯定我所作的，並容我把他留給其他人去完成。

亞里斯多德

耐心面對你心中未解的一切，試著去瞭解問題，體驗問題。

Rainer Maria Rilke

我們預期世界是混沌的，是心智無論都無法理解的。宇宙最令人費解的是，他竟然是可以理解的。

Albert Einstein

黑暗時代過後的科學

###科學的發展

難以想像，在13世紀左右，中世紀的伊斯蘭人反而有著更好的科學傳承，分別在實用光學、天文學、數學和醫學方面都有極大的進步，超越了故步自封的沉寂歐洲。當時在歐洲的教授，可憐到沒有地方上課，只好在私人住宅、教會、甚至是妓院上課。更有趣的是，教授是學生「聘請」而來的，如果學生對教授的教學感到不滿意，甚至可以開除教授。

後來有位科學家引領朝代的先鋒，多才多藝到利用多項副業貼補收入，而其中一項就是製作望遠鏡，另外一個更有趣的是教導學生星座運行與放血治療之間的關係。我想，許多人更瞭解的是他跟教廷槓上的故事，那位斜槓青年便是伽利略。有趣的是，斜槓青年這樣的概念，早在17世紀就已經出現了，是否因為工業時代而造就各行各業必須要專精做一件事情，反而不再是如同以往必須要博學？亦或者博學本身是件有難度的事情，因此不論在那個年代都不是人人都可以達成的目標，而到了工業時代，更是只有少數人能夠專精多樣技能。

專注的科學家個性

在書本中有提及霍金跟作者說，他曾經覺得身體癱瘓也是一件值得慶幸的事，因為那讓他更專注於研究（YES!!!!!!真的要專注研究的話，在某些時候真的必須要心無旁鶩。）他也覺得死不讓步的個性讓他雖然有時候很難跟他人共事，卻也讓他活了下來。而縱使牛頓那樣的天才，不會是一朝一夕之間即可將萬有引力定律鉤勒出來，而是經過長時間的累積與推敲，投入多年心力累積下來，才能在實驗觀察結果中抽絲剝繭。更有趣的是，牛頓也研究過神學，也玩過鍊金術。事實上，創新者走過的死胡同其實比你想像中的還要多，牛頓其實很長一段時間都花費在徒勞無功的錯誤點子上，但也是因為有那些錯誤點子，才能夠使他更接近真實。

除了物理學上的牛頓，在其他學科萌芽的時代，也有相似的人出現，在化學上的波以耳與生物學上的達爾文。波以爾的研究使化學這門新興科學部在依賴古老的傳統智慧，並仔細的實驗和觀察取代之。詳盡的實驗紀錄與系統化的科學方式，最後使門德列夫預測出了這些看似不聽使喚的元素其實有共通之處，最後將鍊金術推展至現代的化學學科。而達爾文，並不像傳說的那樣，在小獵犬號的旅途中使他發展了生物演化論，而且傳說的鳥嘴演化其實跟他可能較為沒有關係（他沒有受過鳥類學的訓練）。反而是美洲鴕的報告，發現了異於一般美洲鴕的新物種，這是在之前沒有看過的情況。在經過與他人的反覆討論之後，才將奠定了演化說的基礎。

以上所說的三個學科發展，總的來說，都是需要大量的時間累積經驗，並且做歸納、提出假設，並且之後所發現的現象能夠依據原始的資訊推斷出後續的發展。想要有這樣的科學發展，目前來看，只有兩條路能走。一種一種方式是獲得大學的教職，另一種方式是家財萬貫，不愁吃穿。當然，現在還有研究員這條路可以走，但這也算是獲得大學教職的一種。

科學的特性

新的科學觀點除了遭到宗教的反擊，科學家在面臨任何創建的時候，原本就有強烈的反對傳統，這通常是好事，因為概念遭到誤解時，科學家的質疑可以防止科學走偏，這也是爲什麼沒有經過同儕審核的論文期刊發表，其實是沒有意義的行為（因為無法確定你所做的內容究竟是否有英過縝密的規劃與計算過）。若是提出有力的證據，科學家通常比他人更容易改變想法，接受奇怪的新觀念。

科學上所驗證理論的優良實驗，關鍵大多在於什麼是關鍵問題，應該要保留下來，那些方面不重要，可以忽略，以及如何詮釋實驗的結果。因此科學實驗在某方面總是會帶有個人的偏見，這是無可厚非的。

若是集中看物理學，數學是世界物理學者共通的語言，物理學家缺乏恰當的數學時，就無法言語或者推論新議題，因此物理學家（理論物理學家）持續在做的事情-發明新數學。之後，數學家總是會看物理學家那詭異跳步驟的證明而感到苦惱，並幫物理學家所創造的新數學寫出詳盡而有力的證明（但有時候也不是這麼一回事就是了，有時候也會反過來，數學家會製作出新工具讓物理學家使用，但這通常較少，因為數學家沒有遇到真實情況需要解決的問題（？））

超越人類感官

越來越難探索的自然？

從古典跳躍到量子力學的發展，也不是一個人一個時間點就完成的，而是花費將近半個世紀的時間才慢慢完善，有一個完整的理論架構。其中的貢獻者普朗克，在發表熱力學的博士論文時並沒有人對他的論文感興趣（當時的熱力學是冷門學科），但他在當時指靠著大學無薪俸的編外講師，跟父母同住，並且靠著跟學生直接收取微薄的鐘點費爲生。（不要以爲只有藝術家會這樣看起來窮困潦倒，其實物理學家也是如此…）。

科學上的發現，往往是意外的。相較於有目的性的發明，是透過有計劃的設計和架構，意外的成分較少。要發現別人沒看到的現象，其實不需要從深奧的問題開始尋找，而是因為一般人通常會持續堅信他們的信念。量子力學的發展就是一個很好的例子。但要達到這樣的目的，也要用開放的心態去接納與自己先入為主相互抵觸的概念。這，正是科學應該採取的方式，那也是後來愛因斯坦非常欽佩普朗克的原因。但科學的發展往往不是這樣，而是如大企業的盛衰一樣（發展到大公司之後，開始保守起來不創新，公司營運狀況便開始下滑。）

在研究申請上遭遇到挫折的人可以看看下面這段從書中截出的話語

愛因斯坦的大學學位並未讓他踏上比較容易成功的路，事實上，一位大學教授還故意幫他寫了反推薦信，使他從大學畢業後，在大學找不到物理學類似的方式或者是數學的教職，而只好當私家教。而且還因爲對於德國教育不滿，因為建議學生轉學而被家長開除。

物理學的信念

物理學家堅信自然的難題蘊藏着宏大的真理，而不是一堆毫無相關的現象。這種辛苦追尋就像面對困難的挑戰，最後成功的人通常都抱持著相當強烈的信念，因為信念不夠的人在未成功以前就放棄了。也就是說這自然本身存在著一套可以被人類解釋與理解的理論。這樣的信念，使物理學一直不斷地朝著真理前進。

當然，人都會有犯錯的時候，在科學上犯錯、走的彎路，絕對比實際上看到的多。舉個例子，對於波耳的討論鮮少提到他的誤解的概念，而只提到好的部分，那是因為我們通常都會去蕪存菁，只留下好的。也因此讓我們誤以為科學發展非常的直線朝著真理前進著。

海森堡跟薛丁格的奇聞異事

海森堡腫着一張臉（過敏）獨自一人在多岩島嶼完成研究，薛丁格則是在聖誕假期的情婦家待在阿爾卑斯度假小鎮(Arosa)的情婦家完成研究（約38歲）