情中流意（下册）（簡體書）

科學與詩 （代序）

「描述原子理論需要用詩一般的語言；詩人的想像通常比寫實更為豐富。」

這句話引自1922年諾貝爾物理獎得主、丹麥物理學家尼爾斯•玻爾（Niels Bohr, 1885–1962）。眾所周知，玻爾為人類對原子結構的認知和在量子力學方面做出過奠基性的貢獻。

我也相信，詩在科學中扮演著重要的角色，而科學對詩的影響更是功不可沒。
雖然絕對沒有把自己和科學家及詩人放在一起談論的意思，但是用一個恰當的尺度來衡量，耳順之年的我畢竟找到一個「理論工程、應用數學及科技編輯」三位一體的學術生涯歸宿。原因十分簡單：曾經獲得應用數學博士學位，目前是工程學院講座教授，並且當了十五年學術編輯。在一個更低的層次，我經常被別人稱為是一個業餘詩客，無非是因為我喜歡寫一些古體詩詞。其實我不但沒有文學學位而且連正規文學訓練都不曾有過。不管如何，這個背景也許就成了我試圖提升自己對文學中深邃智慧和光輝思想的理解和認知的動力，也為我在這裡奢談「科學與詩」提供了原因和根據。

我向來都為科學與詩竟然可以相互啟發靈感而驚歎不已。好奇心、想像力、超越性思維、創造性寫作，甚至遐想及暗喻，這些寫詩的基本功夫幾乎全部都是科學研究與發現所必不可少的。反過來，科學為詩、特別是現代自由體詩歌提供了源源不絕的動力與素材。事實上，科學和詩都源於相同的人類精神、靈感和創造力，追求並享受同一世界的美好抽象與優雅本質。

放下當今的著名人物不說，歷史上就曾經有過許許多多二位一體的天才。

古羅馬詩人提圖斯•盧克萊修•卡魯斯（Titus Lucretius Carus, 99–55 BC）的一首世代流傳、享譽天下的詩篇「大自然中的宇宙」（De Rerum Natura）為後人提供了一個光輝典範：詩人充滿好奇的內心世界中，蘊含著超越當時人類知識範疇和邊界的科學認知和哲理。那首長詩後來分成六冊，其中盧克萊修闡述了原子存在與物質運動的形式，以及宇宙的時間與空間的兩個側面，有別於當時人們信奉的造物主創世說。他的原子論觀點很可能啟發了愛因斯坦對布朗運動的非凡定性分析，以及像波爾那樣的科學家對現代原子理論的接納、詮釋和發展。

繼盧克萊修之後，詩與科學的相互結合和滲透形成古代義大利非常強烈的文化色彩和傳統，並為許多睿智過人的學者大師所繼承，其中不乏完美無瑕的二位一體詩人科學家，或者科學家詩人。今天，一般人只知道也只樂於追求其中一個目標：不是鑽研科學就是創作詩歌。其實人們時常都已經體會到，閱讀一篇讓人在一個嶄新研究方向上豁然開朗、寫得文采飛揚的科學論文，和閱讀一篇動人肺腑的詩篇時的感覺和享受是非常相似的：行文中值得欣賞的很多共同點自然不必細說，您常常還會有「山重水複疑無路，柳暗花明又一村」的驚喜和收穫。

東方世界在古時候亦不乏智者能人。歐瑪爾•海亞姆（Omar Khayyám, AD 1048–1131）可能是最為傑出的一位。這位十一世紀的波斯人，是一位集數學、哲學、天文、物理於一身的大科學家，更是一位偉大詩人。他那本流芳百世的詩集《魯拜集》(Rubáiyát），據說單在紐約圖書館就有不同文字的五十多種譯本。他也是當時的著名數學家， 以一部影響深遠的代數問題解釋專著 Risālafi’l-barāhīn’alā masāil al-jabr wa’l-muqābala (Treatise on Demonstration of Problems of Algebra) 而載入數學史冊。該書於1070年也就是他22歲時出版，最終傳入歐洲，為現代代數學奠定了基礎。作為一個天文學家，海亞姆測算出一個太陽年的時間長度為365.24219858156天，比五百年後教皇格列高利十三世(Pope Gregory XIII, 1502–1585）開始採用的國際西曆還要精確。

在中國五千多年文化歷史長河中，我們有過許多著名詩人學者，至少可以從第一部詩集《詩經》（1046–771 BC）說起。孔子（551–479 BC） 亦曾經說過：「不學詩，無以言。」中國教育在歷史上曾經一度非常注重科學與文學的相互結合。在西漢時期（206 BC–AD 25），學校要求學生須懂「六藝」，即：禮、樂、射、禦、書、數。這種通才式的教育後來也確實產生過不少全面發展的文豪、詩人、哲學家、科學家，其中典型的一位詩人科學家是張衡（139–78 BC）。他才華橫溢，天文地理、琴棋書畫無所不通。他創造了「渾天儀」、「多級刻漏計時器」以及多種轉動和傳動機械裝置；他把圓周率的計算細化到10的平方根，與五百多年後另一位詩人科學家祖沖之（AD 429–500）得出的更為精確的結果355/113 非常接近；他還為後人留下了許多寶貴的繪畫、散文和詩賦。在中國歷史上，像張衡這樣的詩人科學家並不罕見。

世界歷史上的詩人科學家例子多不勝數。但為何今天我們還要把科學和詩歌相提並論呢？簡而言之，科學和詩學是相互輝映的兩門學問； 而對於我自己來說，實踐兩者比專攻其一會使個人生活更為充實、也更加豐富多彩。

[發表在2010年5月《今日城大》，26–29頁]

先做孔雀，後再開屏
他最偉大的地方，就是不知道自己有多偉大。
1820年的一天，一封不同尋常的信件從南大西洋上孤島Saint Helena 寄出，來到了坐落於倫敦的英國皇家研究院（Royal Institute）。 發信人是一位名聲顯赫的法國偉人；收件人是一個29歲的實驗員。
年輕的英國人吃驚地看到來函者的署名，忐忑不安地打開了來信：
「當我讀到您在科學上的重要發現時，我深深地感到遺憾：我自己過去的歲月實在是浪費在非常無聊的事情上。」」
寄信人是當時落難的法國統帥、被稱為「法國人的皇帝」拿破崙（Napoleon Bonaparte, 1769–1821)。他在滑鐵盧戰役敗給了英國及其聯軍之後，於1815 年12月10日被流放到了 Saint Helena 島， 在那裡受隔離軟禁直至1821年5月5日去世。
收信人則是愛因斯坦心目中的三位英雄人物之一：牛頓、馬克士威和他—— 法拉第。愛因斯坦的書房牆壁上僅僅掛著他們三幅肖像。
邁克-法拉第1791年出生在一個貧窮鐵匠之家，小學畢業便輟學當賣報童，後來到了一家小書店當釘書員。幸好法拉第的一家窮日子過得並不痛苦。他後來在信札中寫道：「我的父親常常唱歌。我想我長大以後喜歡唱歌是受了父親的影響。我的母親常常念詩給我們聽。她非常溫柔，把家裡打理得乾乾淨淨，對我們似乎有著沒完沒了的愛。貧窮沒有在家裡留下絲毫的痛苦痕跡，反而使一家人更加親密。在我父母的心中，窮是神給的祝福，不是詛咒。」法拉第在溫馨的家庭環境下長大， 一生喜愛讀書、唱歌、繪畫，並具有豐富的幽默感。父親一次在動物園裡回答年少的他為什麼麻雀不會開屏的問題時說：「先做孔雀，後再開屏」。這句話無意中啟迪了他日後如何做人和處世。
也許是出於樂觀的天性，整整七年的釘書生涯沒有令法拉第沉淪， 卻讓他有機會讀到了大量的科學著作，特別是自學到許多關於化學和電學方面的知識。這位貧苦徒工常常用節省下來的零錢購買一些廉價儀器和藥品，然後照著書本上的說明去做各種實驗。那段時間他還經常到 「都市哲學學會」聽課，那裡定期為失學青少年舉辦文化教育和科學講座（當時科學的名稱還沒有從哲學的統稱中分離出來）。
人生常常會有意外而又是決定性的轉折。1810年4月，法拉第有幸聆聽了皇家研究院當時極負盛名的化學家和發明家大衛（Sir Humphry Davy, 1778–1829）題為「自然哲學」系列講座的最後四場。講座結束後，興奮的法拉第給大衛寫了一封信，表示了對大衛的敬仰並希望他能推薦一份與科學實驗相關的工作。法拉第沒有簡歷可遞，但附上了他專心聽講時寫下、然後親手裝訂得十分精緻的一本386頁筆記（現保存在英國皇家研究院）。沒想到這位大名鼎鼎的科學家給釘書匠回了信，還聘他到皇家研究院實驗室當助理實驗員。法拉第從此走上了科學研究的不歸路，在那個實驗室裡度過了半個世紀的時光，直至退休才離去。
這位演說家大衛因發現了鈣鈉鉀鍶鋇鎂等15種元素而馳名於世，是歷史上發現化學元素最多的科學家；他還證實了金剛石和木炭的化學成分相同，被後人稱為「無機化學之父」。但是，據說大衛和夫人初時對法拉第並不友善，在外出講學時把他帶上當作隨從使喚。
有一次，大衛被邀請為礦工設計安全燈。那時人們尚沒有電能概念，當然也就沒有電池和燈泡可用，這項研究一點也不容易。法拉第為大衛出謀劃策，讓安全燈在礦坑下亮起了光明，替大衛贏得了榮譽。這次成功讓大衛開始對法拉第另眼相看。可是，誠實的法拉第卻宣稱這種安全燈並非絕對安全，又讓虛榮的大衛大為惱火，於是開始排斥打擊法拉第。後來法拉第回憶說：「過去我以為，一個人越聰明，他的品德就越高尚。不幸的是，我後來發現常常相反；我發現許多社會地位低下、知識水準不高的人，卻有一顆強健、尊貴、神聖和充滿愛的心。我的期待是讓聰明與品德在同一個人身上並行長進，還原上帝當初創造人類的榮耀。」
在皇家研究院實驗室工作期間，法拉第的才能漸露頭角，不斷有新的發現和發明，讓他聲名鵲起。法拉第接踵而來的榮譽卻讓大衛無法忍受，認為這個出身低微的實驗員奪去了他英國最偉大科學家的風采。1824年，當法拉第被提名皇家學會院士（Fellow of the Royal Society） 的時候，大衛堅決反對；無記名表決結果中出現了唯一的一張反對票。當然，33歲的法拉第最後順利入選。
不過，大人自有大量，不但法拉第一生都尊重大衛為自己的恩師， 從來沒有抱怨過他，而且大衛後來也逐漸轉變了對法拉第的態度，還多次對法拉第的幫助和貢獻表示感謝。1825年，也就是法拉第當選為皇家學會院士的第二年，病退的大衛提議讓法拉第接替了他皇家研究院實驗室主任的職位。大衛晚年時，有人問他一生中最重大的發現是什麼？大衛毫不猶豫地回答說：「我一生中最重大的發現是法拉第。」
大衛之所以這樣說，是因為法拉第一生中同樣有許多重大的發明和發現。法拉第所從事的實驗研究課題廣泛多樣，起初主要是化學，後來是電磁學。在化學方面，他在氣體液化研究中採用低溫加壓方法液化了氯化氫、硫化氫、二氧化硫和氫。他又在燃氣分餾中發現了苯。他還最先觀察到了我們今天熟識的半導體現象和奈米粒子。法拉第除了有許多科學發現之外還有不少技術發明，諸如合成了六氯乙烷和四氯乙烯， 製成了本生燈、光學玻璃、凝膠、碳鋼、合金鋼，並首創出金相分析方法。法拉第最廣為人知的發明是他在1836年製作的電容器及引進的介電值和電容常數，所以後人選擇了法拉（Farad）作為電容量單位。
法拉第最出色的工作是電磁感應的發現和電磁場概念的提出。1821 年，受到 Hans Christian Oersted 關於電流磁效應論文的啟發，他在實驗中獲得了自己的重大發現：通過電流的導線能繞著磁鐵旋轉。同年，他和大衛以及 William Hyde Wollaston 一起發明了（單極）電動機。他還進一步認為，電和磁之間應當有一種和諧的對稱：既然電能生磁，磁亦能生電。經過整整十年的不斷探索和多次失敗之後，他終於在1831年8月26 日獲得了成功！他用伏打（Volta）電池給一組線圈通電或斷電，瞬間中從另一組線圈獲得了感生電流，他稱之為「伏打電感應」。同年10月17 日，他又完成了在磁體與閉合線圈相對運動時從閉合線圈中激發出電流的實驗，他稱之為「磁電感應」。他進而發明了（圓盤）發電機。法拉第的這些偉大科學成就意義非凡，宣告了人類社會開始進入電氣時代。
接下來，1832年法拉第發現了抗磁性，即物體被磁化時會產生與外來磁場對抗的磁力。他詳細地研究了電化學分解，得到了兩條「法拉第電解定律」。他還研究了（不同來源）電的同一性。1835年，他研究了靜電學和電介質以及氣體放電。在對於靜電的研究中，他發現在帶電導體上的電荷僅依附於導體表面，而且這些表面上的電荷對於導體內部沒有任何影響。這個「法拉第遮罩效應」還被應用於「法拉第籠」上：即使當金屬籠子的靜電壓升高到比如一百萬伏，由於遮罩效應，電荷全部分佈在籠子外表面而籠子內部卻不帶電，這時如果有人躲在籠裡的話依然會很安全。這一發現不但帶來了許多工程技術應用，也讓不少魔術師利用來表演一些令人驚心動魄的節目。
1837年，法拉第進一步提出了靜電感應理論。此外，早在1822年他就試圖讓光沿著電流的方向運動，通過電解波來獲得偏振光，不過沒有成功；到1845年，他實現了用強磁場來使偏振光的偏振面發生旋轉，現稱為「法拉第旋轉效應」。在1845年，法拉第還研究了光、電和磁的關係，提出了「光和電波性質相同」的理論。之後，他在1846年研究過射線振動，1849年研究過重力和電，在1857年研究過時間和磁。在這些研究工作的基礎上，他產生了電和磁作用通過某種中間介質從一個物體傳到另一個物體的想法，認為這種介質是一個「場」。1931年9月23日，愛因斯坦在英國倫敦舉行的電機工業百年紀念日的演講中說：「我相信法拉第對世界的影響永遠沒有盡頭。他在電磁場方面所留下的思想，後人將還會繼續討論下去。」愛因斯坦指出，引入場的概念是法拉第最富有獨創性的見解，而電磁場本身就是牛頓時代以來最重要的發現。
法拉第電磁場學說那深邃的物理思想強烈地吸引並鼓舞了當時年輕的物理學家馬克士威（James Clerk Maxwell, 1831–1879），讓他在1865年總結出後來稱為「馬克士威方程組」的電磁場基本定律，令電和磁的物理與數學理論達到了完美的統一。1931年，愛因斯坦在馬克士威百年誕辰紀念會上評價說，他的建樹「是牛頓以來物理學最深刻和最富有成果的工作」。為此，愛因斯坦把馬克士威肖像也掛進了自己的書房。在愛因斯坦看來，法拉第和馬克士威以及後來的赫茲（Heinrich Rudolf Hertz, 1857–1894）等人的科學貢獻是由18–19世紀經典物理學向20世紀相對論和量子物理學轉變過程中的關鍵因素。
法拉第不但自己努力進取，而且非常熱心幫助年輕人。物理學家馬克士威年輕時找不到工作，處境困窘，法拉第大力推薦他到皇家研究院獲得了一個職位。物理學家焦耳（James Prescott Joule, 1818–1889）， 年輕時寫論文屢屢被學刊拒稿，十分沮喪。有一次，他鼓起勇氣把自己認為最好的一篇論文寄給年邁的法拉第，請他審閱。法拉第很快就回了信，說：「我已收到你寄來的文章，並且立刻就閱讀了。感謝你對我們所衷心熱愛的科學有這麼美好的貢獻。何等的歡慰啊，我能夠在一息尚存之際看到你為電學做出的這一步跨越。我已看到你未來的輝煌！我知道在這領域裡仍有許多朦朧不清之處，但你的文章卻如曙光破曉。我不得不說，你在自然科學的這個領域做出了非常重要的貢獻。」
從1825年到1862年之間，法拉第在皇家研究院主持了「星期五晚討論會」科普系列活動。參加討論會的成員各式各樣：工人、貴族、學生、教授，愛好科學的女皇有時也會到來。大家自願地來到這裡傾聽科學家們的報告，瞭解如何進行實驗、如何建立理論。從1826年的耶誕節開始，法拉第為兒童講授自然科學知識。法拉第特別喜歡向孩子們講解自然現象的奧秘，例如天空中為什麼有雲？雷聲為什麼總是在閃電之後才聽到？河水為什麼總是向低處流，等等，常常令好奇的小孩子們興奮不已。由於演講總是在元旦前後舉行，大家稱之為「耶誕節講座」。他其中的演講《蠟燭的化學史》於1861年編纂成書，後來還被翻譯為多種語言出版。該項兒童科普系列活動延續到1860年法拉第快70歲了才終止。
法拉第是一個非常虔誠的基督（Sandemanian 派）教徒。在一次振奮人心的公眾講演中，法拉第向大家介紹他的電磁學發現。在座的除了有慕名而來的社會名流、學者教授之外，還有維多利亞女皇和一些達官貴人。法拉第發言結束後，聽眾站起來報以熱烈的掌聲。可是，等了很久卻沒有見到法拉第重新露面致謝。原來他已經從後門溜走了，去了一個重病老太婆的家，給她頌讀聖經予以安慰和鼓勵。在法拉第看來，陪伴一個即將辭世的老病人走完人生最後一段路，比接受一群大人物的恭維更為重要。
法拉第作為一個化學家出名以後，英國法院經常聘請他去作刑事藥物鑒定，有人並勸他辭去實驗室的研究工作而到年薪五倍的法院去做事。但是，法拉第笑了笑、搖了搖頭。1853年至1856年間，在歐洲爆發的一場著名的克裡米亞戰爭(Crimean War)，交戰的一方是俄羅斯帝國， 另一方是奧圖曼帝國、法國和英國。當時的英國政府曾經邀請法拉第去研製化學武器，但被他認為是滅絕人道而斷然拒絕。
法拉第生活簡樸，不崇尚榮華富貴，以致經常有新人到皇家研究院做實驗時錯把他當作那裡的守門人。法拉第27歲時與Sarah Barnard (1800–1879)結為夫婦。妻子對法拉第一生淡泊名利、專心從事科學研究十分支持。她曾經說：「雖然科學對他來說是如此的振奮和吸引，而且時常剝奪了他的睡眠時間，但是我卻滿足於做他思想的枕頭。」他們夫婦沒有子女，兩人都是虔誠的基督教徒，而且一生都沒有存錢的習慣。他們定期把收入的大部分送去救濟窮人。法拉第一生不曾有過屬於自己的房子，他和夫人在皇家研究院的頂樓小房間裡整整住了42年。據說1858年退休那天，他和妻子提著皮箱步出大門口時，面前出現了前來歡送他們的維多利亞女皇和她的皇家儀仗隊。女皇邀請說：「搬到我為你們在 Hampton Court 準備的房子吧！」可是法拉第搖了搖頭，說多謝了但我付不起房租。女皇笑了，說：「免租金。」法拉第依然推託：「這麼大的房子，我付不起維修管理費。」女皇又笑了：「別擔心，我來付好了。」最後，法拉第夫婦同意了，搬進了那曾是一位石匠居住的地方， 在那裡度過了餘生。
只有小學學歷的法拉第成名後獲得了許許多多的榮譽和獎勵。這裡列出代表性的幾個：1832年，他被牛津大學授予榮譽博士學位，並被選為美國藝術與科學院外籍院士。次年，他又成為了英國皇家學院的第一位 Fullerian 化學（講座）教授。1838年，他和高斯一同分享了當年的Copley 金質獎章；在1844年又成為了法國科學院當時僅有的8名外籍院士之一，等等。法拉第對祝賀他的朋友們說：「我承認這些榮譽很有價值，不過我從來沒有為這些榮譽去工作」。
英國皇家學會曾先後兩次推舉他當主席（President of the Royal Society），他都拒絕了。他說：「我只是一個普通人。如果我接受皇家學會給予我這莫大的榮譽，我並不能保證自己的真誠和正直，連一年也保證不了。」維多利亞女皇曾要冊封他「騎士」爵號，那是英國皇家授予最高級別的終身榮譽，但是他也婉言謝絕了，說：「我一輩子都是一個普通人法拉第。」
1867年8月25日，76歲的法拉第在家中安詳地離開了人世。在倫敦有一所神聖的威斯敏斯特教堂（Westminster Abbey），俗稱西敏寺，是英國國王登基和皇室舉行婚禮的地方；如果死後能被安葬於此，哪怕是放上一塊墓碑，便是至高無上的榮耀。這裡長眠著許多偉大人物，包括牛頓、達爾文、狄更斯、邱吉爾、彌爾頓。法拉第懷著一輩子都是個平民的執著，生前拒絕了女皇把他死後安葬入西敏寺的建議，最終長眠在倫敦北面的 Highgate 墳場。法拉第一生有太多的功績，但他認為死亡是件私事，只要求簡單地在自己的墓碑上刻上：「邁克•法拉第，生於1791 年9月22日，卒於1867年8月25日」。不過，刻著他名字的一塊碑石後來還是被莊嚴敬重地放進了西敏寺內的牛頓墓旁。
法拉第的喪禮上，人們聽到並記住了由他夫人轉述的遺言：
「我的一生，用科學來侍奉上帝。」