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伽利略誕辰|科學史上的今天:2/15

張瑞棋
・2015/02/15 ・1043字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 567 ・九年級

TAAi 2020 25th 人工智慧研討會

 26 歲的伽利略站在比薩斜塔頂樓,雙手各握著一重一輕的球伸出塔外。千餘年前亞里斯多德主張:自由落體的速度與其重量成正比,今天伽利略要在群眾面前測試其真偽。他同時放開雙手,三秒後,出乎眾人意料之外,兩顆球竟同時落地!

伽利略.伽利萊。圖/wikimedia

這個著名的比薩斜塔實驗推翻了人們一直以來的錯誤觀念,證明自由落體的落下速度與重量無關。其實伽利略可能沒做過這個實驗,因為他已經用思想實驗證明了亞里斯多德肯定是錯的:把輕物與重物繫在一起,一方面因為輕物的拖累,整體落下速度會比單獨重物還慢;另一方面整體重量變更重了,落下速度應該比單獨重物還快。兩者互相矛盾,可見物體越重、落下速度越快的假設是錯的。

不過,伽利略倒是真的做過斜面運動的實驗,而提出慣性定律,以及加速運動的行進距離與時間平方成正比,不但為牛頓的運動定律奠下根基,他將運動拆解為水平運動與垂直運動的創見,更是為往後的物理研究提供一個有效的方法學。

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伽利略打破千年迷思的,還包括源自亞里斯多德,再被聖經大力鞏固的宇宙觀。1609 年起,他不斷改良荷蘭人的望遠鏡,成為窺見天體面貌的第一人。他發現月球表面崎嶇不平、太陽散布著「黑麻子」,足見天體並非如教廷所宣稱的完美無瑕;又發現木星有四顆衛星,證明並非所有天體都以地球為中心環繞,駁斥了地心說。而他也觀測到哥白尼一百年前預測的金星盈虧,證實金星是繞著太陽轉,進一步支持了哥白尼的日心說。

伽利略將他的觀察與論點出版發表後,教廷馬上重申哥白尼的學說是異端,不得公開談論,伽利略只好暫不作聲,直到他的好友烏爾班八世繼任新一任教皇後,他才又於 1632 年出版《關於托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》,宣揚日心說。結果他還是被押到宗教法庭接受審判,迫於壓力,他不得不撤回主張;據說他退下時仍喃喃道:「可是地球依然在轉啊!」

伽利略從此遭軟禁在家,度過十年餘生。他在這段期間總結過去四十年來的研究,撰寫成《兩門新科學的對話》,成為啟發後世研究科學的經典著作。1992 年,教宗若望.保祿二世才正式發表聲明承認教廷的錯誤,然而他的歷史地位早已獲得世人肯定,牛頓、愛因斯坦與霍金這些一代巨擘都尊崇他為「現代科學之父」。

 

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

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張瑞棋
405 篇文章 ・ 2 位粉絲
1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。自小喜愛科學新知,浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,更成為重度閱讀者。當了中年大叔才成為泛科學專欄作者,著有《科學史上的今天》一書,如今又因翻譯《解事者》,而多了個譯者的身分。
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在紛亂、窮苦的人間,三本書,讓克卜勒成為「星空的立法者」(下)
活躍星系核
・2020/11/08 ・2609字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 524 ・七年級

TAAi 2020 25th 人工智慧研討會

在上一篇中,我們看到克卜勒為哥白尼的日心說挺身而出,並透過《宇宙的秘密》、《新天文學》兩本書奠定了今日克卜勒第一、第二定律的基礎,接下來,我們即將進入克卜勒的另外一本重要著作:《世界的和諧》。

在發行《新天文學》後,克卜勒擁有全歐洲最精準的行星預測方法,他開始發行自己出版的預測年曆,當作一部分多出來的收入,他希望自己以後能夠不依靠國王的經費,隨心所欲的出書。

此時,是他天文研究的巔峰、人生的最低谷

同時,有鑑於《新天文學》中太多數學論證,不大容易讓學生理解預測行星的方法,克卜勒開始著手撰寫了天文教科書《哥白尼天文學概要》(Epitome Astronomiae Copernicanae),這本書將成為 17 世紀所有天文學家必讀的經典。

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克卜勒的著作,《哥白尼天文學概要》。圖/wikipedia

克卜勒的天文研究雖然來到了巔峰時期,但他的現實生活並不順遂,第一任妻子和三個兒女的接續病逝,他所居住的地區也開始瀰漫著宗教紛爭,正一步步走向無法挽回的「三十年戰爭」。

1618 年初,克卜勒原本打算繼續撰寫第谷未完成的「魯道夫星表」,但心力憔悴的他希望從另一個新研究中尋找到心靈慰藉,於是他寫信告訴朋友:「我暫緩了魯道夫星表的工作,並且開始將我的心力投入在研究『和諧』」。

低潮中的慰藉,研究「和諧」與天體音樂

什麼是「和諧 (harmony)」?和諧的概念源自於人類觀察大自然的現象,發現大自然存在著某種特殊的數學比例。

在西元前 600 年,希臘數學家畢達哥拉斯發現,撥動特定比例的弦長能夠產生特定的音高,畢達哥拉斯也將音樂上的「和諧」推廣到行星運動上,行星和地球的距離每繞行一個周期都會伴隨著固定的比例變化,就像是行星擁有自己的旋律、特定的音階,這種想法被稱之為「天體音樂 (music of the spheres) 」。 

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克卜勒希望將《宇宙的秘密》的幾何概念和《新天文學》的物理概念推廣到「天體音樂」的概念中。

克卜勒《世界的和諧》一書的內頁。圖/wikimedia

現在,讓我們回顧一下克卜勒前兩本重要著作,《宇宙的秘密》、《新天文學》。

在《宇宙的秘密》中,克卜勒認為「上帝是用幾何當作建材搭建宇宙」 ,如今他將自己的正多面體理論延伸結合「天體音樂」,試圖用五種正多面體當作基底來解釋各個行星的旋律。

在《新天文學》中,克卜勒寫出了單一行星:火星的橢圓軌跡,他了解到行星的離心率造就了行星忽快忽慢的現象,在經過幾年的套用後,克卜勒了解到每個行星的離心率都不相同。

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此後,克卜勒開始著手繼續研究哥白尼概念中提到的「準則」:行星週期和行星跟太陽距離的關係。

《世界的和諧》:週期定律的現世

克卜勒和畢達哥拉斯不同,他對於數值特殊的比例不感興趣,他想要知道的是週期和平均距離精確的數學關係,在他擁有六個行星的完整軌跡的情況下,克卜勒能夠將所有資料攤在一起,花點時間和心思仔細查看它們之間的關聯性。

1618 年的 5 月,克卜勒找到了他渴求的數學關係式:週期平方和行星半長軸的三次方成正比關係,這就是克卜勒的第三定律「週期定律」,是牛頓寫出萬有引力定律的基礎之一。

週期定律中,克卜勒認為「行星週期的平方」與「行星軌道半長軸 (a) 的立方」成正比。圖/wikipedia

1619年,克卜勒出版了《世界的和諧》,結束了他長達 20 幾年的解密日心說的旅程,此時,克卜勒再也都止不住他的狂喜了,他在《世界的和諧》中的最後一章寫下:

「我已經擲下了骰子,也寫好了書,不管你是同輩還是前輩,這並不重要。既然上帝等待了祂的研究者足足六千年,我大可等待一百年後的讀者。」

1627 年,克卜勒出版了「魯道夫星表」,結合了第谷的完整觀測資料加上克卜勒的預測模型,成了當時資料最完整最精準的星表。

科學史上第一位「天文物理學家」

在一個世紀後,牛頓運用自己獨創的萬有引力和微積分,重新證明了克卜勒三大定律,利用漂亮的數學工具解釋了克卜勒多年來的努力,問到克卜勒的成就,牛頓只簡單的評論:「他(克卜勒)當然是用「猜」的,他知道軌跡非圓是卵形,於是他就猜會是橢圓。」

或許我們不該懷疑克卜勒是否猜出橢圓,而是要詢問為何只有克卜勒能夠發現橢圓?

因為他是第一個將「物理」導入天文學的天文學家,他不聽信老師馬斯特林 (Maestlin)「不該把物理學引入天文學」的勸言,堅持使用具有物理意義的「距離規則」來思考天文,有了根據行星運動建立的基礎物理定義,儘管克卜勒當時只有幾何工具,透過誤差分析不斷的改進預測模型,克卜勒會發現橢圓也是遲早的事情。

克卜勒一生堅信自己的天文物理觀,從始至終都不知道自己已經悄悄地成為科學史上第一位「天文物理學家」。

註解

此觀點出自於 Owen Jay Gingerich 的《Johannes Kepler and the New Astronomy》中,他在內文提到:如果克卜勒能從 20 世紀的字稱呼自己,我猜他會希望稱做自己為宇宙學家,但我會傾向我們能尊稱他為「第一個天文物理學家」。

參考資料

  1. Aiton, E.J. (1969). Kepler’s second Law of Planetary Motion. Isis A Journal of the History of Science Society, 60, 75-90.
  2. Wilson, C. (1968). Kepler’s derivation of the elliptical path. Isis A Journal of the History of Science Society, 59, 5-25
  3. Gingerich, O. (1972). Johannes Kepler and the New Astronomy. Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society, 13, 346-373
  4. James, R.V. (1999). Johannes Kepler and the New Astronomy. New York:Oxford University Press
  5. 姚珩、黃瑞秋 (2003)。克卜勒行星橢圓定律的初始內涵。科學教育月刊,第 256 期, 第 33-45 頁。
  6. 姚珩 (2004)。行星面積定律的建立。科學教育月刊,第 257 期,第 32-38 頁。
  7. International LaRouche Youth Movement. (2006). Presentation of Kepler’s Astronomia Nova.
  8. 維基百科:Rudolphine TablesHarmonices MundiJohannes KeplerMusica universalis

作者資訊

  • 仰望天空的智人

目前為高三自學生,在升上高三的那個暑假,毅然決 然走上自學的道路。希望在有限的青春,不要只是僅追求紙上的對錯,而是時時刻刻的詢問世界,「為什麼?」。

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活躍星系核
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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在紛亂、窮苦的人間,三本書,讓克卜勒成為「星空的立法者」(上)
活躍星系核
・2020/11/06 ・3967字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 498 ・六年級

TAAi 2020 25th 人工智慧研討會

  • 作者/仰望天空的智人|目前為高三自學生,在升上高三的那個暑假,毅然決 然走上自學的道路。希望在有限的青春,不要只是僅追求紙上的對錯,而是時時刻刻的詢問世界,「為什麼?」。

從三本著作了解克卜勒的天文物理觀

在歷史長河中,天文學家們提出了各種五花八門的理論,嘗試理解天上六顆讓人捉摸不定的行星,但唯有一個人的理論能夠毫無誤差1的精準預測,時至今日仍舊屹立不搖,他的名字是——約翰尼斯.克卜勒 (Johannes Kepler) 。

克卜勒是第谷.布拉赫 (Tycho Brahe) 的得意助手,生前時,他鼓舞了同時代的伽利略公布真相,在死後,也啟發一百年後的牛頓建立了牛頓三大運動定律。

而克卜勒一生的天文成就被萃取成了「克卜勒三大定律」,最終被寫入到了現今的物理課本中。

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克卜勒肖像。圖/Wikimedia common

克卜勒一生發表了許多影響後世的劃時代著作,涵蓋數學、天文、光學,現在,請讓我們將視野聚焦在三本克卜勒的天文鉅作:《宇宙的秘密》、《新天文學》、《世界的和諧》,分別象徵著,開始、轉折、結束,仔細端詳三個不同時期的克卜勒,如何逐漸完整他的「天文物理觀」。

《宇宙的秘密》最早公開支持哥白尼理論的書籍之一

原先主張地心說的托勒密認為:行星是繞行地球在固定的球殼上一層又一層,如同洋蔥一般,自從古希臘後裔托勒密完成他的《天文學大成》開始, 一千多年以來,地心說一直都是西方天文學的主宰。

而 16 世紀時,主張日心說的哥白尼認為行星其實是繞行太陽,所有行星都和太陽冥冥之中都遵守著一個「通則」,且每個行星都和太陽保持著特定的比例關係。

在《天體運行論》的日心說模型中,哥白尼認為太陽是宇宙的中心,地球與其他行星一起繞著太陽轉。圖/De revolutionibus orbium coelestium 。

1595 年,身為講師的克卜勒,在授課的時候畫出了正三角形鑲嵌在圓形裡的示意圖,他突然靈光一閃,如果他在正三角形裡面又多鑲嵌一個小圓,這樣兩個圓就會有了比例的關係了!這不就像是哥白尼概念中提到的「每個行星和太陽都有特定的比例關係」嗎?

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當時,哥白尼沒有解釋每個行星保持特定比例的原因,但現在克卜勒隱約領悟並認為「上帝是用幾何創造宇宙的」。

因此克卜勒開始展開了自己的調查,但他發現在二維平面上是行不通的,他又問了自己一次:「為何上帝只創造了水星、金星、地球、火星、木星、土星,這六顆行星?」

他聯想到了三維空間中的正多面體只有五種,克卜勒高興極了,他認為上帝是用「幾何」當作建材,並藉此來聯繫各個行星。

克卜勒的正多面體宇宙模型,克卜勒認為有 5 個正多面體可以被裝進一個大球體之中,並對應於當時已知的 6 個行星。圖/Wikimedia common

到了 1597 年,克卜勒發表《宇宙的秘密》(Mysterium Cosmographicum),這是克卜勒的第一本天文作品,同時也是歷史上第一本公開認同哥白尼理論的書籍,他迫不及待把自己發現的宇宙秘密隨機寄給其他天文學家,想要了解真正的專家將會如何看待自己引以為傲的觀點。

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堪比古代交友軟體,一本書牽起了三人緣分

其中一本《宇宙的秘密》輾轉來到了義大利,到了一位還不有名的數學教授手中,這位數學教授告訴克卜勒:「我已經身為哥白尼的信徒很久了,私下也收集了一些能夠證明地球運動的物理現象唷!」克卜勒被他像是「回音」的名字逗樂,而這位數學教授的名字是——伽利略.伽利萊 (Galileo Galilei) 。

克卜勒鼓勵伽利略公開他的發現:「要對自己有信心啊!如果你是正確的話,或許一些學者會離你遠去,但真相就是最好的證據!」雖然克卜勒沒有馬上收到伽利略的回信,但未來兩人將會一起在不同地方,合作並支持哥白尼的日心說。

《宇宙的秘密》讓克卜勒認識了第谷(左)與伽利略(右)。圖/giphy

此外,也有一本書來到了第谷.布拉赫 (Tycho Brahe) 的手中,雖然第谷不認同克卜勒的觀點,但第谷看出了克卜勒的才華,並認為克卜勒擁有卓越的數學能力,只要擁有少數資料就能夠獨自建立預測模型。

雖然第谷回信稱讚克卜勒的巧妙的推測,但第谷認為哥白尼的觀測資料不太精確,因此第谷邀請克卜勒到自己的天文台工作,希望克卜勒能夠好好善用他更精準的觀測資料。

克卜勒獲得進入到當時一流天文台的機會,開始了他長達 20 幾年的天文研究。

《新天文學》:等面積定律的起源

《新天文學》(Astronomia Nova)在當時是一本與眾不同的天文書籍,它只單一討論一個行星的運動,克卜勒認為只要了解火星的運動,就等於了解其他行星的運動,但克卜勒卻沒有想到,了解單一行星的運動將會是一條崎嶇難行的道路。

克卜勒一直在思考如何將哥白尼的概念帶入到火星的運動上,首先,他根據行星「在近日點較快,在遠日點較慢」的物理現象了設立了距離規則:行星運行速度和行星到太陽的距離是反比關係。

在等面積定律中,太陽與火星的連線,會在相同的時間掃過一樣大的面積。圖/by RJHall , via Wikimedia Commons

克卜勒進一步將所有火星到太陽的距離加總起來,說明這就是火星繞行一周掃過的面積,面積能夠代表著火星走過的時間,克卜勒此時建立了我們今日熟知的第二定律「等面積」概念:相同時間內,行星掃過相同的面積。

《新天文學》什麼?軌道不是圓的!

然而,當克卜勒將自己發現的「新穎物理方法」嘗試應用在偏心圓上時,卻出現了誤差,不過克卜勒心中沒有一絲動搖,他將結果和實際觀測資料比對,推測出火星軌道應該是「非圓」。

真正的軌道比想像中的扁平狹長,克卜勒用肉球來比喻,這就如同從肉球中間擠壓出來的形狀,克卜勒暫稱這個非圓軌跡為「卵形 (oval) 」。

1604 年,克卜勒寫信給自己的朋友,向他抱怨自己已經嘗試了 20 種不同的方法來產生卵形軌跡,卻產生出了和偏心圓相反的誤差。克卜勒推測真正的軌跡就會在圓形和卵形之間,並開始針對這個誤差專研,他認為自己距離真正的軌跡不遠了。

克卜勒行星橢圓模型的刻畫。圖/英譯版《新天文學》內頁

就在克卜勒窮途末路的時候,他突然從誤差中看到了一個常見的數字,一個克卜勒之前在修正火星距離中,曾出現過的數字。

在之前嘗試偏心圓的時,克卜勒發現偏心圓所得到的模型距離和實際觀測值會有誤差,需要經過一個簡單的修正才會符合觀測值,就在此刻他領悟到了這個修正的意義,這就是火星運行的秘密,具有物理意義的「徑向擺盪」,而從當今的數學視角來看,克卜勒的修正就是橢圓在極座標的距離公式: 1+ecosθ

克卜勒是個傑出的數學家,他雖然知道這是橢圓,但他不相信行星的秘密是如此簡單的圓錐曲線,他試圖用其他方法解釋徑向擺盪,但各種方法都沒辦法像橢圓一樣毫無誤差的精準預測。

橢圓定律中:行星沿著自己的橢圓軌道環繞著太陽運轉,而太陽位在橢圓的其中一個焦點的位置。圖/by RJHall, via Wikimedia Commons

1605 年,克卜勒領悟到橢圓本身就能代表行星運行的物理現象,他找到了「橢圓軌跡」的規則:行星以橢圓軌跡繞行太陽,而太陽在其中一個焦點上。

如今,這項橢圓的規則也成為了我們所說的克卜勒第一定律。

但克卜勒工作還沒有完成,他該思考究竟要如何說服當時的其他天文學家,直至 1609 年,克卜勒終於發表了《新天文學》,細心拆解了托勒密和第谷的行星系統,並建立了最精準的橢圓軌跡模型,克卜勒成了世上第一個「摸清行星運動的天文學家」

現在,我們已經知道《宇宙的秘密》、《新天文學》在天文學中的關鍵角色,下一篇文章中,我們將從《世界的和諧》這本書,找到最後一條定律的源頭,完成克卜勒成為星空立法者的最後一哩路……

註解

  1. 克卜勒認為第谷觀測資料的誤差最大到兩角分,而克卜勒用橢圓預測出來的火星位置都是角秒的誤差,由於克卜勒的預測結果都在觀測值的誤差內,基本上能夠說克卜勒的預測幾乎等同於實際觀測。

參考資料

  1. Aiton, E.J. (1969). Kepler’s second Law of Planetary Motion. Isis A Journal of the History of Science Society, 60, 75-90.
  2. Wilson, C. (1968). Kepler’s derivation of the elliptical path. Isis A Journal of the History of Science Society, 59, 5-25
  3. Gingerich, O. (1972). Johannes Kepler and the New Astronomy. Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society, 13, 346-373
  4. James, R.V. (1999). Johannes Kepler and the New Astronomy. New York:Oxford University Press
  5. 姚珩、黃瑞秋 (2003)。克卜勒行星橢圓定律的初始內涵。科學教育月刊,第 256 期, 第 33-45 頁。
  6. 姚珩 (2004)。行星面積定律的建立。科學教育月刊,第 257 期,第 32-38 頁。
  7. International LaRouche Youth Movement. (2006). Presentation of Kepler’s Astronomia Nova.
  8. 維基百科:Rudolphine TablesHarmonices MundiJohannes KeplerMusica universalis
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HOW TO 成為科學家?(穿越版)
Peggy Sha
・2020/08/11 ・3343字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 544 ・八年級

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許多人小時候都夢想成為「科學家」,不過,說到了科學家,你腦袋中浮現的只有那穿著實驗服的研究人員嗎?那可就太小看科學家了!

每個年代都有屬於當時的科學家,他們嘗試透過自己的方式去理解世界、獲得知識。那麼,你想成為的,究竟是哪一種科學家呢?

坐上時光機,來看看你想成為哪種科學家吧!

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古典時代:問天問大地,宇宙到底從何而來?

讓我們將時間拉回古典時代,這時候的科學家,對於大自然總有各式各樣的問題:宇宙的起源是什麼?世界是由什麼東西組成的?人之所以為人,與動物不同的是什麼?

可以變成雕像不覺得投資報酬率很高嗎?(誤)

 

西元前 600 年左右,泰利斯 (Thales) 提出了一個非常關鍵的問題:「什麼是萬物之原?」。這個問題為何這麼重要呢?因為他在解答的過程中,放棄了原本的神話體系,而是改以理性和自身的觀察去理解世界,進而提出了自己的答案:「水是萬物之原」。泰利斯思考的方式影響了後世無數人,也因此被尊為哲學之父。

除了用具體的事物去解釋萬物,也有哲學家另闢蹊徑,用抽象的概念去理解世界,像是畢達哥拉斯便認為「數學」才是一切的解答。他將世界區分為「可感知」的部分以及「可理喻」的部分,並相信「可感知」的東西總會有缺陷,而「可理喻」的事物則是完美且永恆的,比如數學。畢達哥拉斯非常重視論證的重要性,強調人們應該先「假設」,而後通過演繹去導出結論,這樣的思考方法,也讓他提出了著名的畢氏定理。

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此外,發現浮力的阿基米德、研究幾何的歐幾里德、定義哲學的亞里斯多德也都是非常重要的人物。如果你想成為像他們一樣的科學家,首先,可以先從學會如何「對話」下手,無論東方或西方,追求知識的人們常常通過對話與討論去辯證道理,在不斷詰問的過程中,推翻或驗證所學所知,進而獲得新的省思。

順帶一提,這時的學者們也有一項厲害的隱藏技能,便是「成為雕像」(咦),如果想要流芳百世,在這時候成為科學家最划算了(喂)

  • 如果對於「世界是怎麼來的?」這個問題很有興趣,歡迎去此文看看更多討論!

中世紀:鍊金術鍊出實驗器材

從西羅馬滅亡之後,到文藝復興之前,被稱作「黑暗時代」,不過,這段時期的各項發展並不是真正停滯了,相反地,這時候開始出現了許多科學探究的方法,像是羅傑·培根 (Roger Bacon) 便推崇以實驗來獲得知識,而非針對各個典籍進行辯論。他 16 歲左右進入牛津大學就讀,學習幾何、音樂、天文,並閱讀了希臘先哲的著作。畢業後,他開始教授哲學與數學,更自掏腰包打造出一間實驗室。

想不到吧!鍊金術對於後世的科學發展其實有很大的影響呢。

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另一方面,我們現在熟悉的現代大學制度正是從這時候開始發展的,如今當我們談到世界最早的現代大學,便是 1088 年成立的波隆那大學。而除了義大利之外,法國與英國也有許多類似大學在這時成立。這時的大學會教授文、法、神、醫四科,其中,文科就包含了:語法、邏輯和修辭以及算術、幾何、音樂和天文,怎麼樣,聽起來跟現在的大學課程是不是十分相似呢?

如果你不喜歡讀書,卻還是想跟科學沾上一點兒邊該怎麼辦?那你可千萬別錯過中世紀的「全民運動」──鍊金術。中國的煉丹術煉出了不少死皇帝(?)阿拉伯與波斯的鍊金術則鍊出了許多實驗器材:燒杯、試管與蒸餾設備,此外,他們也發明出蒸餾、昇華、結晶等等實驗方法,更成功提煉出純酒精、硝酸、硫酸等物質,對於往後化學的發展起到了關鍵的作用。

所以說,如果你想成為中世紀的科學家,可以選擇進入宗教體系或是去大學就讀,畢竟當時的宗教與教育可說是息息相關。同時,你也必須學習拉丁文,因為當時幾乎全仰賴拉丁文傳授知識。當然啦,進入教會其實也有些風險,因為你必須命夠大,才能躲過異端指控、逃離宗教審判。

  • 想知道古人是怎麼鍊金的,可以參考此文

科學革命:站在巨人的肩膀上,看見不一樣的世界

接下來到了啟蒙時代,也是近代歐洲科學大爆發的時代。啟蒙時代並不是一個彈指突然出現的,而是承襲著文藝復興的力道,以及歐洲活字印刷術發明的契機(對,中國的畢昇比他早了四百年)。這時候訊息流通的速度加快了許多,系統化的科學研究方法也應運而生。

站在巨人的肩膀上,我們從此到達了更遠的地方。

在認識這時代的科學家前,先讓我們談談那位提出「我思故我在」的哲學家笛卡兒,他認為人們應該對一切都抱持著懷疑的態度,要大膽假設、小心求證,他更在《談談方法》 (Discours de la méthode) 一書中提出了四個重要的方法:

  1. 不接受任何自己不清楚的事物
  2. 將難題拆解、一一解決
  3. 解決問題時依照先易後難的順序逐步解決
  4. 綜合檢驗所有部分,看看是否真的解決了問題

這種逐步拆解的方法讓人們得以確實地解決各式複雜的問題,而他批判的精神也大大影響了後人們從事科研的態度。此時代還有伏爾泰、孟德斯鳩、盧梭等等知名的哲學家,讓社會充滿著求知的能量,以理性去思考各種問題,改善人們的社會和生活。

仰望星空的人們,也促進了科學革命的發生。哥白尼在 16 世紀發表了《天體運行論》,提出日心說,而伽利略則在 17 世紀利用自己製作的天文望遠鏡,發現了木星的衛星系統、金星的盈虧變化,這些天文現象支持了日心說,督促人們不得不以新的觀點重新審視宇宙。

牛頓正是在此時站上了巨人的肩膀,於 1687 年發表《自然哲學的數學原理》(Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica,簡稱 Principia),而埃米莉.沙特萊 (Émilie du Châtelet) 則將其翻譯成法文、加上解說和註釋,使得牛頓的著作得以普及。三大運動定律、萬有引力定律,自此澈底顛覆了人類對於世界的認知。

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覺得自己絕不可能成為像是牛頓一樣的大大?其實,回望過去種種的研究和科學成果,都不是單靠一時一地一人所為,而科學家也絕不僅只有一種樣貌。只要我們永遠懷著探索未知的好奇心,學好笛卡兒老大說的「大膽假設、小心求證」,或許,就能離科學家更近一步吧!

在我們的生活中,其實各行各業都有許多充滿科學魂的職人,快去我們的專題百工裡的科學人」認識他們!

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參考資料:

  1. 吳軍(2019)。全球科技大歷史
  2. Lucas N. H. Bunt, Phillip S. Jones, Jack D. Bedient(2019)。數學起源:進入古代數學家的另類思考
  3. 王鑫、 許玲玉(2013)。歷史脈絡下的科學與技術
  4. 教育百科。中世紀大學
  5. 埃米莉.沙特萊──奔放不羈的科學傳播者
  6. 「不科學」的自然發生說,與它其實蠻科學的起源——自然發生說簡史(一)
  7. 亞里斯多德的單人版維基百科:科學何須計算?--《科學大歷史》
  8. 發現新彗星的女天文家──《蒙塵繆斯的微光:從古代到啟蒙時代,在思想及科學發展中發光的博學女性》
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Peggy Sha
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