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歪打正著的科學意外 (電子書)
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歪打正著的科學意外 (電子書)

Serendipity In Scientific Discoveries

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內容簡介

  有些重大的科學發現是「歪打正著的意外」?!
  然而,獨具慧眼的人才能從「意外」窺見新發現的契機。
  透過這本書讓您重新定義「意外」的價值。
 
  機運青睞有準備的心靈。——路易.巴斯德
 
  科學發展並非都是循規蹈矩的過程,事實上很多突破性的發現,都來自於「歪打正著的意外發現」。關於這些「意外」,當然可以歸因於幸運女神心血來潮的欽賴,但也不能忘記一點:這樣的欽賴也必須仰賴有緣人事前的充足準備,才能從中發現隱藏的驚喜。
 
  您可知道,世界上第一顆電池的誕生,可是為了反駁其他人的理論才製造出來的?結果這顆電池不僅成功推翻了原先的理論,更開啟了後續電與磁領域的研究!您可知道,醫學上常用的X光的發現,竟然還得歸因於發現者侖琴患有色盲!?這項發現可以說是推動了醫學邁進一大步。您喜歡看八點檔連續劇嗎?那潑辣、灑狗血的劇情總是讓我們愛不釋手,那您一定會喜歡胰島素的故事!這可是一段曲折離奇的歷史,過程中的峰迴路轉、高潮迭起,絕對堪比八點檔連續劇,您絕對不容錯過!
 
  本書收錄臺灣大學科學教育發展中心「探索基礎科學講座」的演講內容,先從歷史、哲學及社會學的角度切入,爬梳「意外發現」在科學中的角色;接著回顧電磁學四個有名的實驗;再依循光科學與照相技術,介紹X射線及放射線一連串偶然的發現;並一同探索物理奇才費米在科學史上驚奇連連的歷史軌跡;而高分子的發展過程中,導電高分子的幸運發現,開展了有機太陽能電池與生物感測器等的研究新方向;沙利竇邁分子和盤尼西林,意外引發人們擔憂的美麗與哀愁;胰島素的問世,奠定了整個醫學史的里程碑。
   
  透過介紹這些經典的幸運發現,我們可以認知到,科學史上層出不窮的「未知意外」,不僅為科學研究帶來革命與創新,也帶給社會長足進步與變化。
 
聯合推薦(依姓氏筆畫排序)
 
  朱慶琪 中央大學科學教育中心主任
  邱美虹 臺灣師範大學化學系教授
  胡維平 中正大學科學教育中心主任
  孫維新 臺灣大學物理系及天文所教授
  曾耀寰 中央研究院天文所研究副技師
 

作者介紹

作者簡介
 
臺大科學教育發展中心探索基礎科學系列講座
 
  自1825年起,英國王家科學院舉辦了「王家科學耶誕講座」,以富有教育性、趣味性的方式,將科學知識介紹給社會大眾,提升英國學子、民眾的科學素養。無數的學者曾在此講座中講授科學知識,而除了在第二次世界大戰時曾暫停舉行外,這一具有古老傳統的科普講座,至今仍持續不斷。
 
  臺灣大學科學教育發展中心自2009年起,師法「王家科學耶誕講座」,舉辦「探索基礎科學講座」,借重學養與教學俱佳的科學大師們開講,與有志探索科學世界的朋友們共聚一堂。講座的主題與基礎科學知識緊密相連,每期輪流就數學、物理、化學、生命科學、地球科學各學門開闢講題,講師們仔細清楚的解說科學原理,許多非科學背景的聽眾們,也能迅速的進入科學世界,體會探索知識的樂趣。
 
  本期講者:楊振邦 (加拿大多倫多大學科技史與科學哲學研究所副教授)、高崇文 (中原大學物理系暨研究所教授)、蔣正偉 (臺灣大學物理學系教授)、鄭原忠 (臺灣大學化學系教授)、陳俊太 (交通大學應用化學系教授兼副學務長)、周成功 (陽明大學生命科學系暨基因體科學研究所兼任教授)、王道還 (人類生物學者)、嚴宏洋 (國立海洋生物博物館特聘講座教授)。
 

目錄

推薦序

ch1 未知的未知——關於科學研究中意外發現的幾個理論思考
ch2 四種意外——斬斷光電磁糾纏在一起的哥丁結
ch3 親愛的,我看透你了——X射線與放射性的偶然發現
ch4 從X射線到原子能的爆炸性發展——費米與那些科學家們的意外發現
ch5 進擊的聚合物──高分子材料的意外發現
ch6 沙利竇邁的詛咒與庇佑
ch7 盤尼西林的庇佑與詛咒
ch8 胰島素發現的八點檔連續劇
附錄
 

推薦序
 
歪打正著的科學意外
 
  生活中有不少現象具有規則性,例如:旭日東昇、夕陽西下,陰晴圓缺、潮起潮落,或是隨著春、夏、秋、冬的四季更迭所帶來的萬物孳息等,藉由推斷其規則性,我們便能預期各種現象的發生而事先做準備,如此一來就能安心的面對這些變化。我們會有心安的感覺,是因為期望生活中沒有「意外」性的「災難」發生;然而,「意外」這個詞其實並不一定直接等於「災難」,事實上在很多時候,我們反而需要「意外」來突破困境。我們常用的詞語中有所謂「意外的驚喜」,這代表著有時預期之外的結果反而是件好事,只不過這種情況發生的機率並不高罷了。
 
  在本書中介紹的這些「科學意外」,都是科學家們在實驗結果中出現了現有理論無法解釋的現象,為了解釋這樣的結果,於是開始突發奇想,並在最終突破了原本理論框架的束縛,將研究帶向另一個境界。這樣的「科學意外」如果是出自一般人的疏忽,還不至於令人非常吃驚,但若是源自於科學家實驗操作的失誤,那就十分曲折離奇了,因為科學家都是訓練有素的專家,在實驗操作中他們是不應該出錯的。如果說,這樣的操作失誤是一個意外,那麼,從這個意外導致了更大的意外發生,那就是「歪打正著」了!
 
  若想瞭解整個科學史脈絡,我們不能僅止於瞭解意外發現的那一個點,而是應該針對這個意外的「前因」與「後果」這條線進行綜觀的分析。這邊我想先談談「後果」這個部分。科學發現的後續影響是離不開「競爭」和「人性」這兩點的,原因也相當簡單,因為兩者都是人類的本質之一。科學家並非聖賢,而是平凡的人!只要是人就無法逃離身處年代的社會與經濟的條件限制。這裡我選擇以第八章―嚴宏洋教授撰寫的〈胰島素發現的八點檔連續劇〉來闡述這個觀點。會挑選這個章節有兩方面考量,一方面是因為糖尿病在現代的社會已經是一種「流行病」;另一方面是嚴教授將胰島素的發現過程稱為連續劇,想必其內容一定相當曲折離奇、高潮迭起,特別讓人想一探究竟當時到底發生了什麼事!
 
  在胰島素的發現過程中,發生了一件足以改變時代背景的大事:從十九世紀末到二十世紀初期,各領域的專家(包括醫生和生物學家)均逐漸對胰島素展開了研究。除了臨床的觀察之外,也開始使用活體動物來進行試驗,特別是用狗來進行胰臟組織與糖尿和高血糖現象的試驗分析,這樣的新試驗方向似乎使得研究有了突破,當時的成果已經近乎找到了糖尿病和胰島素的關聯性。然而好景不常,隨著第一次世界大戰(1914~1918) 爆發,除了許多年輕人都被徵召入伍、投入戰場不說,連後方的各項社會、科研活動也都紛紛中斷,而胰島素的研究當然也包含其中。事實上大戰帶來的影響,並未在「戰爭結束」宣告的那一刻隨即結束,它對社會、經濟、科技的影響是長遠的,尤其是這些被送上戰場的年輕人,在解甲返鄉後都面臨著適應上的困境。而此齣連續劇的主角,正是一位在這個時代背景下,畢業於加拿大醫學院,卻因為大戰而離開家鄉前往法國參戰的年輕人,他就是1923 年諾貝爾生理或醫學獎的兩位得主之一―班廷。
 
  班廷是一位出身於鄉下的孩子,在戰爭結束回到加拿大後,他便嘗試開業行醫,然而卻苦於因沒有病人而難以維生,只能勉強地掙扎著生活下去。對一個醫學院的畢業生來說,這恐怕是人生中很大的一場意外!這樣的生活一直持續下去並不是辦法,於是他只好另謀出路。經過幾番波折,他成功轉入了多倫多大學開始進行血糖和胰臟分泌物的研究,也就是在這段時期,他邂逅了日後與他共享諾貝爾奬的麥克勞德。麥克勞德是來自英國的學者,當時已經是頗有成就的一名教授了,從兩者出身上的懸殊差異,就可以想見他們日後的衝突會有多麼嚴重了。雖然研究初期時還風平浪靜,但在研究有所進展、日益向成功邁進時,性格和利益所造成的衝突果不其然就愈發尖銳了。在我們討論科學進展於學術上的影響的同時,也別忘了科技是可以創造利益的。胰島素是治療糖尿病的特效藥,它所隱含的商機可是相當龐大呢!但令人意外的是,班廷在受到種種曲折因素的影響,特別是在「醫德」這一方面的考量下,居然只以一塊錢的金額就把專利賣給了多倫多大學!然而,儘管在利益上的爭奪已成定局,但是兩位諾貝爾獎得主在榮譽這方面所結下的樑子並沒有因此消失,日後兩者之間依然瀰漫著濃濃的煙硝味,這又讓我們再一次感到意外了吧!
 
  科學的意外發現源自於靈光乍現的一場意外,但它所造成的影響是深遠的;誰也不會想到,這個「意外發現」會引發一連串令人「意外」的蝴蝶效應,在科學界掀起滔天巨浪,成為劃時代的里程碑。事實上,每一個科學意外所造成的後果,都有可能是另一個科學意外的前因。就如同書中第三章―〈親愛的,我看透你了―X 射線與放射性的偶然發現〉中,蔣正偉教授所舉的例子,照相底片成像方式的改變,竟成了日後X 光發現的關鍵拼圖!所以在談歪打正著的科學意外,絕對不可不提這些意外所產生的「後果」。
 
  除了「後果」,科學意外發現的「前因」也是相當重要的。這個部分所著重的點是科學本質上的意外,也就是不符合理論預期的結果。這裡我選擇以第一章―楊振邦教授的〈未知的未知―關於科學研究中意外發現的幾個理論思考〉來嘗試解說一下。楊教授開宗明義就告訴我們:科學發現的過程是有步驟的,包括發想新主意與驗證此主意的有效性這兩階段。發想,就是所謂發現與提出假設的過程,我個人認為,這是一個觀察和歸納的階段;至於驗證,就是現在學生們參與研究時經常聽到的「假說測試」。在本章中楊教授也提到,十九世紀的英國數學家威廉• 惠威爾認為,在這個兩步驟之間還存在著一個步驟,就是要能清楚地表達出發想的內容。我個人認為,這的確是科學家絕對必需的一項技能,也就是要能夠進行有效溝通。透過溝通引起同儕的興趣並理解你的想法,方能廣徵意見並對發想的新主意進行驗證,而在驗證的過程中,該主意也會日漸穩固,變成新的科學知識和理論。
 
  如果驗證過程中出現了意外的結果,也不需要氣餒,因為這或許就是突破的契機,如果能夠透過這個意外,發想出更完善的主意,並在反覆驗證中逐漸完善、成熟,那麼這個意外反而會創造出新的知識,促成科學的進展。也就是說,意外在科學上並不是災難或是失望,反而是受歡迎的!美國科學史學家暨哲學家孔恩在《科學革命的結構》一書中指出,科學進步過程中存有這樣的意外發現,才能突破典範或窠臼,提升科學知識!
 
  本書一共分為八個章,除了上述的三章之外,還有其他五則歪打正著的科學意外故事。這些故事所涉及的領域和案例極為寬廣,其中有我們常聽到的,也有不常聽到的。每一章都是由非常會講故事的科學家撰寫或整理而成,除了將常聽到故事講述得更淋漓盡致外,那些不常聽到的故事也相當引人入勝。不論這些故事你有沒有聽過,相信這本書都能帶給你無比的啟發。
 
  這本歪打正著的科學意外,講述的雖然是科學家們意外出錯、擺烏龍的黑歷史,但每則的結局卻都是以驚喜取代擺烏龍所帶來的懊惱與挫敗。在閱讀的過程中不僅可以替規律平淡的生活帶來樂趣,也能隨著內容的文字,一步步地瞭解科學進步的本質與科學研究的方式,是絕對值得一讀的好書,因為你將會獲得許多意科之外的驚奇喜悅!
 
臺大科學教育發展中心主任
于宏燦
 
 
意外的科學發現
 
  科學史當中充滿了「意外」發現的故事。阿基米德在澡盆裡悟出浮力原理大概是最有名的一個。這個故事被後世傳頌不絕,因為它包括兩重對比。一方面是泡澡這一日常享受與重要科學原理的對比;另一方面是偉大的科學家居然會放浪形骸、裸奔街市。
 
  牛頓見到蘋果從樹上掉落,因而悟出重力原理,也有同樣的對比。根據一位牛頓晚年才認識的友人所述,一天,牛頓在他家花園裡憶起將近六十年前的往事―那是1666年夏末,牛頓才二十三歲,他坐在自家果園中,正在沈思,......
 
  重力的觀念來自一粒落下的蘋果。為什麼蘋果總是垂直落到地面上?他自忖。為什麼蘋果落地的位置不會偏左或偏右?蘋果也不會向上飛?理由是,是地球將蘋果從樹上拉下來,一定是這樣—有一種力,叫做重力,充斥於宇宙之中。(1752年出版)
 
  這個故事與阿基米德的裸奔構成另一對比:牛頓太冷靜了。可能是因為這個故事是牛頓親自說的,而阿基米德的故事則是後人的追記。不過在傳述的過程中,後人還是為蘋果的故事踵事增華,添上戲劇性的細節:牛頓在蘋果樹下陷入沉思,被落下的蘋果「當頭棒喝」,因而覺悟重力原理云云。
 
  到了十九世紀上半葉,意外的科學發現有了新的意義:用以說明「科學」這種求知事業的成功祕訣。第一位以考察科學史為方法界定「科學」的學者,是達爾文的老師―劍橋大學教授威廉•惠威爾。達爾文在《物種原始論》的書名頁中引用了兩位學者的話以壯聲勢,第一位就是惠威爾,可見他的學術地位。
 
  1837年,惠威爾出版《歸納科學史》,指出重要的科學發現無不以「明確而深思熟慮的點子」為前提―我們比較熟悉的詞是「理論」。當時一位匿名書評者相當不以為然,並且直截了當指出:「科學史上許多重大發現都是意外的產物。」他甚至認為,儘管大家熟知的那些意外發現都是偉大科學家的「妙手偶得之」,但是他相信,即使才智並不超群的人也能利用同樣的意外推動科學的發展。
 
  三年後,惠威爾在另一本書裡答覆了這位評論者:沒有一個科學發現完全起源於意外。而且大家津津樂道的「意外發現」從未發生在一般人身上;自古以來不知有多少人見過自由落體,例如果子從樹上墜落,但是只有牛頓將意外的觀察轉化為成果斐然的結論!
 
  這大概是西方學界針對科學本質的第一次辯論,最大的成果並不是產生共識,而是使感興趣的學者察覺到:「意外」這個詞過於籠統。阿基米德、牛頓的發現在什麼意義上是出自「意外」?達爾文的天擇理論,根據他的自述,啟發的靈感來自閱讀了馬爾薩斯的《人口論》,這是意外的發現,還是偶然的邂逅?我們講述那些意外發現的故事,使用的往往是機會、巧合、幸運、運氣、隨機等詞,那是因為修辭的需要,還是有什麼特殊用意?
 
  其實,「歷史只是一連串偶然事件的後果」大概是最古老的史觀。它最有名的表述方式,大家都以為出自巴斯卡的《沈思錄》:如果克麗奧佩脫拉的鼻子短了一點,世界就會不一樣了。
 
  巴斯卡的原文是雙關語,翻譯不出來。他要表達的是,克麗奧佩脫拉的面孔改變了地球表面的政治版圖,如果克麗奧佩脫拉的鼻子短了一點,使得她的長相不一樣―她對於歷史的影響也就會不同。但是,即便解開了雙關語,讀者也可能難以領會巴斯卡的微言大意。原來他並不是在點評流行的史觀,而是指出人性的一個弱點,因為他真正的論點是:想知道人多麼愛慕虛榮嗎?只消觀察愛情的因與果就成了。愛情的因,誰也說不上來,這個說不出名堂的東西—顯然毫無特色、微不足道—卻會顛覆整個地表:王公大人、軍隊、整個世界。
 
  對於科學家巴斯卡而言,凡屬「說不出名堂的東西」,必然就「毫無特色、微不足道」。想來李莫愁絕不會同意:問世間情是何物,直教生死相許!
 
  到了十九世紀下半葉,關於意外發現的討論變得更為細緻。1800年4月,伏打宣布發明「電池」的論文寄達倫敦王家學會。5月1日,兩位倫敦學者便組裝了同樣的電池做實驗。有趣的是,伏打報告的重點在於電池產生的電流對於生物身體的「震撼」,而倫敦學者的觀察重點在於產生電流的裝置―電池。因此他們立即發現了伏打完全沒有注意到的現象:「電解」。電流可以將水分解為氫與氧。而自古以來,人類都認為水是基本元素!這算是意外的科學發現嗎?
 
  伏打發明電池,在歷史上有跡可循,也許不算意外。可是電池產生的電流有什麼性質與功用,過去的學者甚至無從想像。電池等於打開自然奧祕的一把新鑰匙。進入全新的電流祕境中,人的任何行動都可能是發現的契機,無論是意外、還是偶然,甚至用不著特別傑出的才智。
 
  但是涉及宇宙基本結構的理論就不同了,牛頓當年即使真的受到蘋果的棒喝,大概也無法真的參透重力原理。牛頓發明新的數學分析方法收納伽利略、克卜勒的成就,再以最新的天文數據驗證,花了近二十年時光。以「頓悟」描繪他成功的關鍵,是小覷了他面對的科學問題,也小覷他的才智。
 
  關於科學的本質,愛因斯坦一語道破,正好可以補充惠威爾的論點:物理學是一個(思想的)邏輯體系,那個體系一直在演進,它的基礎無法以歸納法建立。許多人以為在經驗中披沙揀金即可見寶,其實不然;那個體系只能是心靈的發明。(1936年)
 
  難怪意外,無論叫機會、巧合、幸運、或者歪打正著,都在科學發展過程中扮演過角色。它們會繼續創造佳話―以及時也運也命也的感嘆。
 
人類生物學者
王道還
 

詳細資料

  • ISBN:9789571473123
  • EISBN:9786263075191
  • 叢書系列:科學+
  • 規格:普通級 / 初版
  • 出版地:台灣
  • 檔案格式:EPUB流動版型
  • 建議閱讀裝置:手機、平板
  • TTS語音朗讀功能:無
  • 檔案大小:4.6MB

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