2021年11月23日 星期二

[書評] 十項最美的實驗:實驗桌上的科學家,影響世界的十個偉大發現

這是我之前回家時從家中看到的一本書,這本書看起來應該是我妹添購的二手書。不過我跟她書本都很多,所以她大概沒時間看,我問過她之後就把這本書帶來台北讀。這本書不到200頁,而且每頁大小也不大、偶爾甚至有插圖,讀起來非常流暢。大概一兩天甚至幾個小時內就可以看完了!

簡評:依照作者對科學的口味,挑選出實驗者發揮巧思測度那些從前無人能想到進行實驗的概念,從中也瞭解了各式各樣的科學史發展。

整部科學史的突破與發展除了新觀念的發想外,最重要的莫過於使用精巧的實驗去證明現象與理論的一致。可是眾多的實驗都是想辦到這點,那何以作者可以挑選出十大最美的實驗呢?作者援引出美的古典意涵——實驗的設計與執行要盡可能地簡潔而優雅,最好跟分析推理一樣簡潔優雅。但實驗不同於思想與推理,不能只是紙筆上的推敲,因此他雖然考慮過畢達哥拉斯與阿基米德等學者,但他們並沒有提出足夠重要的實驗。再者,對於作者而言,本書的主角是實驗而不是實驗者本人,因此他甚至使用炭畫的方式提供實驗者的畫家。

這本書涵蓋的題材主要是物理學,但也包含了生物、化學與心理學等經典的實驗。作者按照時間順序介紹這些偉大的實驗,比方說伽利略的實驗指示出物理運動的本質,這也是後來我們所謂的牛頓第一運動定律:「靜者恆靜,動者恆動」。再者,伽利略也發現了平方律關係(即我們所知的 $\Delta x=gt^2/2$)。而在第二章則介紹了心臟之謎,血液透過心臟的脈動而運輸,但這一切究竟是怎麼運作的?以前的儀器不允許醫師或實驗者將人體解剖來研究這些器官(因為受試者恐怕會因為這樣的實驗而死亡!)這個章節更有意思是,自古以來各式各樣的現象都會有人試圖捕捉解釋,而一旦足夠有聲望的學者對某件事情提出了見解而其他人難以證明或否證時,那樣地敘述就會作為事實被傳遞下來。而這個心臟之謎就是一個學者對前人敘述的質疑,而發想出的實驗。我想這樣的實驗儘管簡潔美妙,更重要的是他所具有的挑戰精神。

在第三章中,作者想介紹牛頓所提出的光學實驗。我認為這是一個非常有趣的安排,因為牛頓一直都以他的力學與微積分而聞名於世,卻很少人去關心他所做過的實驗。這個光學實驗透過稜鏡展示出光的折射並解析出各樣的單色,最終這指出了白光是一種混合光。第四章介紹化學家拉瓦錫所做的實驗,這個實驗幾乎可以視為原子化學的奠基,也可以決定出拉瓦錫為「近代化學之父」的地位。此間的關鍵是,可以將物質進行分解純化,乃至決定該物為何!在此之前的科學家們一直不清楚最基本的物質究竟是什麼,也對於燃燒背後的現象提出了奧妙的解釋,如燃素說等。第五章與第六章分別是電化學與電磁學的領域,前者介紹意外發現的生物電以及兩人之間產生的競賽關係(在我感覺有點互相否認對方的創見?以及對自己發現的現象有著誤解,自然也無法清楚解釋之);而後者則是在電學有初步的建立下,法拉第已經瞭解電磁之間的基本定律,而他進一步好奇電磁與光是否也有關聯呢?為此他做出了精采的偏振實驗。但這兩章幾乎都是著墨在這些實驗者當時的所思所想與所經歷的狀態,對於實驗的琢磨大致能瞭解方法與原理但並不多。

第七章可能是我認為本書最神秘且是最抽象的一章,我們都知道能量無形,所以要測定能量多寡大小就顯得困難。究竟物體是透過什麼進行移動?動力來源為何?焦耳提出了在我們國高中都知道的實驗,透過物體功加熱在水上並測定其溫度上升之變化,此間也預設了能量與熱有某種神祕的連結可以協助其測定。這是一大創建,這也是為何能量的單位會以焦耳來命名!

第八章是邁克生的雙狹縫實驗,這對於光的本質的兩派立場(粒子說與波動說)起了關鍵影響。當然在雙狹縫實驗之前就已經有許多關於狹縫繞涉的概念,但透過雙狹縫產生的干涉效應則是粒子說難以理解為何會有暗部之處。有時我很難想像究竟是理論指導出可以做的實驗,又或是實驗誘導出事實。第九章是巴夫洛夫的動物實驗,這也是心理學中的制約反應,甚至是教育心理學中某一派行為主義的基本精神。透過控制條件來考察動物或人類的行為並建立連結!這可能是奠定生物醫學研究方法的起點之一吧(我的猜測~~請不要太用力鞭我XD)?第十章是關於基本電荷量的測定,雖然其中有一些運氣成分在,但透過油滴乘載電荷確實是一項精彩絕倫的想法!

在本書瀏覽過巧妙的十項實驗後,作者在末語補充了幾項原先想寫但又略有遺憾而未能收入的實驗。而且當代的許多實驗可能也都複雜到不如過去的實驗簡潔優雅,往往需要大量的團隊、儀器,採取近乎暴力的方式獲得結果。或許這是現代化必然的趨勢,但追求一種捷徑般快速通往真理的實驗還是人類對於美感無止盡的追求吧。

ISBN:9789862350317
叢書系列:科普漫遊
規格:平裝 / 200頁 / 16k菊 / 14.8 x 21 x 1 cm / 普通級 / 單色印刷 / 初版
出版地:台灣
出版日期:2009/06/23

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