從生活看科學

從生活看科學 所選書目：[別鬧了，費曼先生：科學頑童的故事]、 [角豆莢偷走了巧克力]、[十項最美的實驗] ------------------------------------------------------------------------------------------------------------在我們的生活中， 「科學」和生活就像構成一個角度的兩條線，一開始緊密 結合，當線向外延伸得愈來愈長，兩條線就漸漸分離得越來越遠......。 小時候親身遇到一些現象，總是會停下來觀察再觀察，並一直追問它背後的 原理，和產生的方法因素，科學就在一次一次的為甚麼中，跳出來為生活中的神 奇做解釋，在那個時期，科學和生活幾乎碰在一起。然而當我們越長越大，接觸 到更多更豐富的科學教育，對於科學的理論和知識學得越來越多，但「科學」好 像從此被關在實驗室、教室和報告考卷裡，和生活卻離得越來越遠......。 在《別鬧了，費曼先生》中，諾貝爾獎物理得主理查‧費曼博士的一生是生 活與科學混在一起的人，在很小的時候，他就佈置了一間簡單的實驗室，雖然實 驗室裡可能只是串聯並聯電線。幾年後約十幾歲時，費曼就到處修理簡單的電 器，還設計裝置、製作節目娛樂妹妹，或是動腦改良方法，讓他在打工時更迅速 地完成工作。科學和生活的結合不只侷限在「原理的應用」 ，還有「科學頭腦、 態度」的套用，費曼喜歡「解開」感覺，除了題目、謎語，他也對「鎖」著迷， 經常用解密碼、開鎖，當作娛樂，讓他隨時都在動腦。在生活中時時會迸出科學 靈感，讓生活變得更有趣也更便利。 在《角豆莢偷走了巧克力》中，我們也看到了很多隱藏在食物之中的科學原 理。為了維持生命，我們必須從食物中攝取營養。而隨著時代的進步，現今的人 們對美味的料理更為追求，也深入的了解其中的奧秘。 舉個例子，我們常在西式餐廳吃得到紅酒燉牛肉，有些廚師會再燉牛肉之前 將肉用少量熱油高溫炒黃每一個面，使它染上一層焦黃又帶點香氣的顏色，化學 家將它稱之為”梅納反應”(Maillard reaction)，很多人會把梅納反應跟糖褐變(焦 糖作用)搞混，也稱做糖胺褐變的梅納褐變，必須要有糖分子的羰基和蛋白質分 子的胺基才能反應。糖分子的羰基和蛋白質分子的胺基經過高溫步驟而持續不斷 的發生反應，使肉的表面帶有許多深褐色聚合體和具有香味化合物的大雜燴。高 溫可加速梅納褐變反應，不過在溫度低到攝氏 50 度時，同樣也會產生反應，例 如食物因久置而變成褐色。相較之下，純糖或其他碳水化合物的褐變，則發生於 溫度高於攝氏 120 度(無胺基酸會其他含氮化合物)的環境下，此時會出現完全不 同的複雜化學反應，稱之為焦糖化反應(caramelization)。 這本書也解答了我一個深思已久的疑惑。我有一次去吃燒烤，雞肉串的中間 夾著香辣朝天椒，小心翼翼地嘗試後，我的嘴巴裡像有一團火在燃燒，我狂灌冰 水，但是一點用都沒有！原來是因為辣椒中的辣椒鹼和熱一樣，刺激人們嘴中相 同的神經末梢，但是因為他們並不會真正的產生熱量，因此無法以喝冷水「冷卻」 火熱的嘴。所以喝冰水根本是錯誤的！那只會讓辣椒油更執著的黏在你的舌上。 1

那一餐，我吃了一個雞肉串就飽了，因為吃完之後肚子裡都是水。 （知道原理後， 如果再次被辣椒辣到的話，我絕對不會再喝冰水來解辣了。） 食物烹調大可以單單靠經驗的累積來處理，但若是以科學角度加以檢視，並 運用化學反應， 「食物的演化」將更為快速，人們也能在一開始就走對的方向， 減少錯誤產生；在食物中找尋「反應原料」創造出更美妙的滋味。 如同上述的科學原理改善了生活，有時候科學原理也是從生活觀察領悟到； 許多理論和方法也是為了解決生活問題而出現，在《十項最美的實驗》中，作者 提到他覺得這些實驗可以變得很美的原因，在於這些實驗很多都是靠著手邊的材 料和好奇的靈魂一起堅持達到的結果！ 現今的實驗通常龐大又複雜，例如大型對撞機、尋找外太空的行星──往往 需要龐大的金錢與政府援助，而且執行實驗的研究團隊，也需要好幾十人甚至上 百人的規模。但是「最撼動人心的科學多來自個人的雙手。單一心靈挑戰未知。 那些創下科學史上里程碑的偉大實驗多半在實驗桌上完成。如果他們有做任何計 算，也是在紙上或後來用計算尺進行。這些實驗的設計和執行如此簡潔優雅，值 得被稱為美。」 （第 11 頁） 「我追尋的是那些罕見的時刻，利用手邊的材料，一 個好奇的靈魂找到一種方式向宇宙提出問題，堅持到他回答。理論上，設備本身 就是一種美的事物，拋光的木材、黃銅、光亮黑色硬橡膠。但更重要的是設計和 執行的美，以及思緒的純淨。」 （第 13 頁） 作者列出他認為十項最美的實驗清單、十項耀眼明亮的星星〈就如同密立根 對於油滴的描述〉 、十項影響世界的偉大發現。其中，最令我印象深刻的是牛頓 的三菱鏡實驗。牛頓從零開始，小心地檢視前人的發現，加入一些自己的觀察。 當牛頓因瘟疫與世隔絕時，他以盲人突然重現光明般的觀察力研究世界。牛頓用 了很多簡潔的小東西來輔助觀察：一片薄到幾乎透明的金箔、一塊玻璃板……， 只利用這些日常可見的工具，就觀察到「光」奇妙的現象與變化─牛頓環。 當興趣變成了著魔，牛頓甚至用自己的眼睛做實驗，拿了一個鈍的細探針， 小心地把它插入眼睛與骨頭之間，盡可能地貼近眼睛的後面。牛頓詳細的紀錄了 這個瘋狂實驗出現的任何一絲細微的現象：幾個黑白和彩色的圈、一組彩色環從 中心開始是綠色、藍色、紫色、暗紫色、藍色、綠色、黃色、火焰紅……，不只 從物理的角度來試圖解釋，牛頓也運用了醫學與解剖學來理解視神經與光的關 係。如果牛頓僅僅研究至此，他可能只是一個被光困惑及捉弄的天才。但研究過 程中的某個時間點，對稜鏡產生了好奇，之後發現到光的色散，改變了我們對於 光的看法。 從牛頓的實驗中我領悟到：不只需要一項物理上的專業，還要旁徵博引相關 領域的知識與技術，才能順地的解決一項問題或設計一項實驗。另外靈光一閃的 巧思，也許是機遇或巧合，但把握這難得的思緒，卻是成功的第一步。 在書中，我看到了人對深藏在事物背後的東西的執著與熱忱，熱忱與興趣是 科學家能夠鍥而不捨地努力的基礎，也是我們人生中能夠持續、對於真理堅定不 移的堅持，不論周遭的人如何否定他的理論與實驗、認為他的實驗數據造假或過 2

於粗糙、不精確，或許這些駁斥與批評是知識檢驗與進步的動力，但從歷史長河 的角度來看，當時那些批評是多麼地不正確。 最後，作者利用密立根(Mulliken)的油滴實驗作結，密立根曾寫道： 「看過那 個實驗的人……實際上已經看過電子了。」然而實驗發表之後，曾出現麻煩的事， 有人指控密立根竄改數據，以支持他的推測。對一直做不出油滴實驗的人來說， 那種指控聽起來好像很有道理。但密立根只是發展出對這個機制的一種感覺，當 每件事會出現錯的第六感：按碼表的拇指滑了一下，溫度或板電壓突然變動，一 個灰塵粒子偽裝成油滴。他知道什麼時候會出錯。比沒有事實根據的主張更有趣 的問題是，如何變免混淆你的直覺與假設，無意識地輕推儀器，希望出現想要的 答覆。這是每個實驗者必經的掙扎。 「實驗室設備中最捉模不定的東西，永遠是 人類的腦。」 科學和生活相輔相成，其實可以緊密結合成一條像麻花捲的東西。看完這些 書後從中知道了更多的實驗，和實驗的由來和背後的故事，也觸發我們很多感 想，也許我們可以跳脫考試升學的壓力下，來真正享受科學求知、做科學實驗， 像費曼那樣想事情、像《角豆莢偷走了巧克力》的作者沃克那樣咀嚼食物，像牛 頓、密立根那樣欣賞實驗中的美，用好奇的心理性的思維經歷一場科學交織其中 的人生。

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