上世紀中國最偉大的三項發明是火藥，造紙術，活字印刷

二十世紀三大重要科學研究

黃定維口述 陳韻琳執筆

〖 之一：相對論—絕對與相對- 〗

　　相對概念，在我們的日常生活中例子是不勝列舉。 譬如二火車同時在車站對面，其中一輛火車走了，另一輛火車上 的人，會誤判成是自己的火車開始移動。同樣的，汽車進洗車機器，明明是刷車布在移動，但車上的人會感覺是車子在移動。 而相對概念，也不是從愛因斯坦才開始談論的概念。早在伽利略 時代，就已有類似的討論了。

　　但是當愛因斯坦的相對論舉世知名以後，愛因斯坦卻開始後悔把他這套研究的內容統稱為「相對論」，為什麼呢？因為太多一知半解的人只談論「相對」，忽略掉「絕對」——愛因斯坦開始研究相對論，正是因為他相信科學定律是絕對的，也是因為對定律的絕對性篤信不移，科學家才有可能發展科學。

　　物理定律必須是絕對的，也就是說，不管在怎樣的情況下，研究 出來的結果都應當一樣。而定律本身，一定從大多數人可共同看見可觀察的事物著手，而後成為該如此就是如此的已是最後的基準，不能 再有任何條件，也不能被證明。假如連定律也是相對的，科學根本不 能發展下去。也就是說，「定律」反映出來一種信念——相信這世界 一定有某種秩序，是你我他都共同同意的。若是這種信念被懷疑、若 是定律被質問「為什麼」，則連科學家都無法給出答案了。而這樣的「世界應當存有某種秩序」的信念，對科學家是很重要的。

　　舉例來說，車上車下各站一個人，在車上的那個人丟球往空中拋，讓球自由落地，則在車上的人看到的是直線下落，可是在車下的人，看到的卻是拋物線。這正是相對。可是，兩人都會發現球是往下落地沒錯，因為地心引力定律是絕對的；而上去下來花的時間兩人都算出是一秒鐘，這部分也是絕對的。

　　既然科學研究中有絕對的部分被公認為定律，也就意味著，當某樣事物是相對的，它就不該出現在定律中。而我們從一個人在車上跑，車上和車下的人看到的速度不一樣，可判知「速度」，在物理世界中是相對的，既然是相對的，當然不該出現在定律中。

　　因此，牛頓公式 F=MA (力 = 質量 X 加速度)中並沒有「速度」這一項。加速度，其實是抽象的量，不是速度本身。若牛頓把速度放進來，這條公式一定就變成相對。

　　但是在 Maxwell 的電磁學公式中，卻出現「光速」！怎麼可能有速度呢？於是愛因斯坦認定：光速不是普通的「速度」，不是眾速度中的一個，它是絕對的速度！若是光速不絕對，以前的科學基礎就不穩固了。

　　於是愛因斯坦根據前述原則，繼續推導，就匯出「時間是相對的」，「空間是相對的」「時空是可以轉換的」，這樣的概念出現後，人類的想象力馳騁下，人可以回到過去先走到未來、我們所見的形體也有可能改變....，從愛因斯坦以後，不止「時」「空」常常並述為「時空」，也導致我們如今會看到很多雖尚不能被實驗證明，卻絕對有科學理論基礎的時空片與科幻片。

　　除此以外，愛因斯坦有名的公式 E=MC^2，一樣如前述，是根據「定律絕對」「光速絕對」推匯出來，這公式說明了質量與能量可以互換，它可以說是從古自今，影響人類最大的公式。

〖 之二：宇宙大爆炸—現世與永恆- 〗

　　很久以來，天上的星星就是科學家的關注，也是神話、文學的想象內容。

　　星星的死亡:

　　神話說，銀河是天神宙斯潑翻牛奶造成的，因此銀河就叫做 milky way。 科學家則說，宇宙應當是永恆不變的，科學家的野心，就是要找到最永恆不變的事物。因此，流星也成為科學家好奇的物件：它到底是不是星星？如果是，為何會掉下來呢？

　　1930 年，已經世界知名的愛因斯坦大老遠跑去與一個當時還是小人物的哈伯會面。為什麼呢？因為哈伯發現宇宙是在膨脹的，宇宙會有生老病死！

　　愛因斯坦在 1915 年推導廣義相對論時，發現用公式推匯出的宇宙有兩解：一是宇宙會越來越大，一是宇宙會越來越小。 這公式出來，愛因斯坦非常困惑不解。在他的信念中，宇宙應當是絕對不變的。為了這個信念，他沒有堅持他所推匯出來的公式，在公式中加上一個常數，好讓宇宙成為絕對不變的。 因此當哈伯的科學研究報告出來，世人都尚未明瞭箇中意義時，愛因斯坦大老遠去會見他。

　　哈伯用杜普勒效應測星星位移，比較出速度，發現越遠的星星移動速度越快，而且每顆星在自己的位置上看，都會看見別的星星在移動，一如先在汽球上劃很多小點後開始吹大汽球的情況一般，這正是大爆炸理論發展的基礎：由一點爆開成大宇宙。

　　宇宙會變，星星會死。星星是怎麼死的呢？根據觀察，星星死的很輝煌很燦爛，它變的非常亮非常亮，然後死亡。至於像太陽般大小的星星，死前會發紅，然後成為石頭。

　　科學家知道宇宙是有起源的，當然，科學家也會想知道宇宙的未 來。是一直膨脹下去？還是膨脹到最後開始收縮？目前的推測是「介於其中」。

　　宇宙至今已經有一百億年的歷史了。有沒有辦法想象，現在我們看到的某些星星，其實是一百億年以前的事？如果你問，為何科學家窮盡力氣，要研究一百億光年遠的東西呢？答案或許是：正像遠古以前的神話....，人內心深處總有著渴望，想知道「我從哪裡來？要往哪裡去？ 」當你面對穹蒼展望星空，或者企圖理解大爆炸理論.... 有沒有喚起過內心深處類似的渴望呢？

〖 之三：量子論--主觀與客觀、原則與實用 〗

　　科學家對另一種研究也是充滿好奇有長遠歷史的：那就是研究「什麼是大自然中最基本的元素？」透過這個研究，來滿足人內心深層的渴望：想知道一切事物最基本的東西，好得知自己在宇宙中的位置。

　　最基本的東西，往往是最重要的東西，值得科學家不計成本的研究。

　　大自然中最基本的元素的概念是--它是絕不可能再分割的東西。有趣的是，為要尋找這基本元素所設計出來的機器，竟然可以大到有一個城市這麼的大！這種研究，我們把它稱之為「量子論」。

　　愛因斯坦偉大的發明，不只是相對論，也是量子論。當愛因斯坦發現他推導的公式說明宇宙會變，愛因斯坦修改常數；至於量子論發展到後來，愛因斯坦竟然徹底拒絕接受，這導致晚年的愛因斯坦頑固很難跟後代科學家溝通。因為量子論徹底違反愛因斯坦對科學定律原則的概念、違反他所認知的世界了。

　　這從何說起呢？我們就從「電子」談起。

　　電子於 1897 年第一次被發現。如果要描述電子，可以說，它是沒有大小體積的點，但是有位置。這麼小的東西，這一百年來，到目前為止，還是沒有任何儀器可以看得到它。可是看不到，卻透過實驗研究，掌握住電子的特性，這個實驗的結果，有三個地方是讓人駭異的。

　　第一、科學家發現，電子具有「波粒雙重特性」。在過去的物理特性中，波和粒子，是兩種完全不同的東西，具有完全不同的屬性；是波就不是粒子，是粒子就不是波。但是，現在科學家發現電子又是波又是粒子。

　　第二、科學家發現實驗者的觀點會影響實驗結果。過去不管實驗者是誰、持什麼觀點，都不會影響實驗資料，大家作出來都是一樣的；但是現在，實驗者的觀點會影響實驗結果。舉個詭異但卻很符合電子實驗的例子：當我看月亮，月亮存在；當我不看月亮，月亮就變成其它東西了；或者說，當我看你，你是男生，當我不看你，你就是女生。這不是很詭異嗎？

　　第三：截至目前，科學家只能掌握電子的特性，卻根本看不見電子，不知他到底長什麼樣子。但是光憑對電子特性的掌握，科技以前所未有的速度在增進人類生活的舒適與便利。 譬如計算機 IC、半導體、晶片...，現在計算機影響人類文明多麼深遠，影響個人生活多麼劇烈，這一切，竟然是隻掌握規則，卻看不見、不明其物的情況下發展的。這正是為什麼現代人對科學原理的研究越來越不重視，只重視有實用價值的科技研究。反正，知不知道真相不重要，掌握特效能運用就好了。這幾點，都對過去科學研究某些確定不移的原則產生劇烈的挑戰。

　　而這些更帶出一些哲學上的問題：主客能否二分？如果主觀無法從客觀中拿掉，那麼，什麼是客觀？科學還有資格宣稱自身擁有絕對的客觀？這一切哲學問題，都讓科學走向「不可知論」。

　　愛因斯坦正是看到這勢必出現的局勢，因而放棄了量子論研究，也拒絕跟後代很多渴望得到他意見的科學家們溝通。愛因斯坦抗拒的世界，正是你我現在活著的世界，也就是全面對客觀的質疑；以及不再重視思考、尋找真理本身，只想立即實用的世界。

有人曾經將原子彈、雷達、盤尼西林，說成是上個世紀二戰中對人類影響最深遠，最偉大的三項發明。在它們中間，原子彈可以殺人，摧毀一切；雷達提供防空預警，可以保命；而盤尼西林，則可以挽救人類的生命。從這一點上來看，盤尼西林無疑更有意義。