科學統整──從物理學到生物學

文/彼得.沃森 (美國知識史家,《紐約時報》、《倫 |2020.12.02
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想像一顆光粒子一邊向上移動,一邊通過右側一個細孔進入電梯,就電梯內部觀測者看來,光束射中遠端牆面(左壁)時,高度和它進入時齊平。然而就位於電梯外面,而且對電梯相對較為靜止的觀測者而言,由於光束從右到左通過電梯之時,電梯已經上升了小段距離,因此在他看來,光束是向下彎曲的。圖/LucKy wei
想像一顆光粒子一邊向上移動,一邊通過右側一個細孔進入電梯,就電梯內部觀測者看來,光束射中遠端牆面(左壁)時,高度和它進入時齊平。然而就位於電梯外面,而且對電梯相對較為靜止的觀測者而言,由於光束從右到左通過電梯之時,電梯已經上升了小段距離,因此在他看來,光束是向下彎曲的。圖/聯經出版

文/彼得.沃森 (美國知識史家,《紐約時報》、《倫敦泰晤士報》、《觀察家》和《旁觀者》專欄作者)

想像一顆光粒子一邊向上移動,一邊通過右側一個細孔進入電梯,就電梯內部觀測者看來,光束射中遠端牆面(左壁)時,高度和它進入時齊平。然而就位於電梯外面,而且對電梯相對較為靜止的觀測者而言,由於光束從右到左通過電梯之時,電梯已經上升了小段距離,因此在他看來,光束是向下彎曲的。

愛因斯坦所做的其中一個實驗,就是讓一個人待在密閉艙室,好比電梯裡面,並在地球上空自由下墜,或者位於深太空並「遠離恆星和其它可察覺的質量」。這個人不會感到自己在移動,也不會感受到自己的體重;他從口袋掏出任何東西,都會在他身邊飄浮。他能感受的唯一事項是加速度或減速度,就如所有國中學生全都知道的,重力是以加速度方式來施加影響力。

光束能予以彎曲的想法帶來了一些有趣的蘊含。在日常生活中,光是直線傳播的,不過假使重力場改變會導致光線彎曲,那麼我們又該如何判定直線?愛因斯坦的答案是,時空是彎曲的。這裡可以拿地球表面來作個比喻。地球是個球體,不過它在日常生活上感覺就像是平坦的。這必然會產生一些後果。

愛因斯坦另一偉大思想﹝E=mc2﹞,探索時間較久,是因為剛好它困陷在希特勒第三帝國政治泥淖所致。就多數情況,我們會認為科學──特別是物理學、化學、數學和地質學等「硬」科學──應該不受政治體制的影響。畢竟,大家普遍認為,研究自然基本結構單元的學問,和學術工作一樣,完全超乎政治色彩之外。然而在當時納粹德國,沒有哪件事是可以視為理所當然的。

生物學 從還原到組成

讓我們把焦點轉至生物學上。美國動物演化學者辛普森(George Simpson)認為,生物學正逐漸取代物理學,成為所有科學的「焦點」。之所以如此,他表示,是由於「若說生命是我們這個世界最重要的事項,那麼生命最重要的事項就是它的演化」。他堅稱,有機體的演化,是世界的「基本事實」之一;而物理科學之所以在科學界中占首要地位,只是因為物理學是最早的科學學門,歷史使然的緣故。

辛普森的核心觀點是,生物學讓我們有機會為我們的認識添加一項新的原則,也就是秉持物理學、化學和力學原理所提出的解釋以外,比物理學更為複雜的生物學,也吸引我們認識整個有機體,和它所屬物種之群落的生態功能來考量。辛普森清楚確定了從物理學到生物學的轉變,從此之後,生物學就不再罹患「物理學羨妒」症。

演化論以前所未有的方式,侵入了種種不同現象。或許有人會說,物理學帝國主義現在有了生物學帝國主義相伴相隨,動物行為學和社會生物學兩門新科學就橫行無阻了,但是科學的故事(也就是一段發現的故事)是段會聚的敘事情節。自從愛因斯坦統一質能和時空以來,物理學不斷發展、深化之時,生物學也同樣如此。而且隨著物理學和化學更加緊密地結合,在這同一時期,化學和生物學也同樣愈來愈貼近。物理學和生物學──透過量子化學的連帶關係,是一種具有深遠意義的統一,隨後還會在整個21世紀引發共鳴,而且一直延續到現在。

本文摘自《大轉折:百年科學匯流史》聯經出版

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