另一種鼓聲：科學筆記(電子書)

★★★★★獲選第45屆中小學生讀物選介★★★★★ 

科學之美，在於它可以用一串簡短的方程式，讓你明白全宇宙運行背後的原理。

你可知道，牛頓撰寫的巨著《自然哲學的數學原理》其實是為了取代笛卡兒？

二戰時期，曾為好友的海森堡與波爾兩人，究竟為何會反目成仇？

愛因斯坦自己覺得「最大的愚蠢錯誤」是什麼呢？這樣的錯誤竟然有可能是他最偉大的發明？ 

本書以50篇科學散文講述了「科學」領域的迷人故事。除了告訴你科學的發展史與科學家們研究的心路歷程外，作者也以「局中人」的慧眼來觀察科學界發生的大小事情，剖析科學的本質與科學的未來。

透過作者時而幽默詼諧、時而有感而發、時而犀利的描述，你不僅會明白牛頓、愛因斯坦、海森堡、費曼等科學巨擘的偉大之處，也能夠知道這些科學家鮮為人知的另一面。

身為量子電動力學創始人之一的諾貝爾獎得主——許文格曾說，費曼聽從的是「另一種鼓聲」。事實上不僅是費曼，科學的突破性發展，往往都是仰賴這些願意去聽一聽另一種鼓聲的偉大科學家們的貢獻。因為他們冒著與「真理」背道而馳的風險，才能挖掘出更符合實驗觀察的原理，創造一個又一個美麗方程式，成就科學之美。

高涌泉

1956年生。現任國立臺灣大學物理系兼任教授，專長為理論物理，認為量子力學是最奇妙的學問。喜歡柏拉圖、達爾文、愛因斯坦、費曼、魯迅的作品，也喜歡看各式各樣的電影與棒球比賽。

王道還 生物人類學者

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

謝哲青 作家、旅行家、知名節目主持人

——聯合推薦（依推薦人筆畫排序）

高涌泉教授的《另一種鼓聲——科學筆記》，開展出臺灣科學人文寫作的新氣象。全書集結五十多篇短文，大致每篇聚焦於一位物理學家，主角從家喻戶曉的牛頓、愛因斯坦、海森堡等「大師」，到在基本粒子、凝態、弦論等現代物理各方向做出重要貢獻的學者，並旁及生物、數學、化學等其他領域。高教授以物理學家的手眼及對科學史、科學哲學、與科普著作的淵博學識，寥寥數筆就精彩勾勒出這些科學家的主要研究成果，以及他們的軼聞掌故。然而，作者的企圖心並不僅於書寫一部現代物理的「聖徒傳」而已。從這些科學家的行誼思想，以及他對一些大問題——諸如：科學與人文的關係、中華文化為何沒能發展現代科學、科學知識的特性、研究中的創意與跟風、實驗造假等——的反思，高教授非常傳神地表達出現代物理學家社群從選擇問題及解決方式的品味、研究倫理、以至社會責任的核心價值。中文世界的科普及科學人文書寫，在物理學領域，能見度通常偏低，而且以譯著為主，本書是令人驚喜的意外。

——加拿大多倫多大學科技史與科學哲學研究所副教授 楊振邦

 誌 謝

本書記錄了一些我認為有意思的科學人物、事情以及自己的某些感想。

這年頭，科學的分工愈來愈細，科學行內的人也未必有時間去瞭解與思索一些分外的事；所以我寫作的時候，私下想像著我想講的這些東西應該是連我科學界的同事也會覺得新鮮有趣的。不過如果沒有他人的督促，我還是不可能把它們寫出來。這些「他人」，依時間的順序是：王道還、施淑清、黃金鳳、張成華與王盛弘，後面四位輪流每隔三個星期就會提醒我該交稿了。本書就是過去三年我所寫的專欄文章修訂整理後的結集。

另一股令我無法不寫下去的力量來自我的專欄「接力」夥伴潘震澤與王道還。他們一篇一篇地寫，成為無聲的榜樣，讓我只能跟著跑下去。我從他們的文章學到很多東西。我在這裡謝謝這些「意料之外」的朋友。此外我也要謝謝黃小玲、許光中和張海潮提供意見。

 另一種鼓聲

依慣例，諾貝爾獎得主都會在頒獎會期發表演講，內容大致上是得獎工作的回顧與展望。事後這些演講稿也會正式發表，是很有價值的文獻。但是很多文章對於得獎工作的細節著墨太多，讓行外人很難一窺究竟，不免覺得枯燥。不過有些文章對於作者當初的心路歷程有很精采的描述，讀起來很過癮。讓我印象特別深刻的兩篇諾貝爾演講稿是1965年費曼的〈量子電動力學時空觀的發展〉("The development of the spacetime view of quantum electrodynamics") 與1982年肯尼斯‧威爾森 (K. Wilson, 1936-2013) 的〈重整化群與臨界現象〉("The renormalization group and critical phenomena")，原因之一是兩位作者恰好前後呼應地表現出了不從俗的精神。

費曼大家比較熟，但多數人可能沒聽過威爾森。比費曼小十八歲的他從小就是天才學生，父親是哈佛大學化學教授，曾經與鮑林合寫過一本有名的量子力學教科書。威爾森在20歲就進加州理工學院物理研究所攻讀博士， 費曼與葛爾曼 (M. Gell­Mann, 1929-2019) 是那裡的明星教授。威爾森在諾貝爾演講中說到，他一到加州理工學院就執行父親給他的訓令：「去敲費曼與葛爾曼的門，問他們正在做什麼？」費曼的答案是「什麼也沒在做」(nothing)，葛爾曼則寫下三維易辛模型 (Ising model) 的配分函數 (partition function)，並對威爾森說，如果你能把它算出來是很好的。

威爾森說當時最優秀的學生都理所當然地跑去做基本粒子理論。他曾想抗拒這個潮流，便在暑假到工業界去研究電漿物理。沒想到工作了約一個月之後，人家就要他把結果寫出來。威爾森說他發誓以後要選擇一個有深度的研究主題，那個題目起碼需要研究五年才會有值得發表的成果。基本粒子理論似乎最能滿足這個條件，所以他回頭找葛爾曼要一個粒子理論的題目。一陣子過後，他發現粒子間的強交互作用是個瓶頸，很多現象之所以無法理解，原因就在我們沒有處理強交互作用的有效辦法。他對葛爾曼建議的計算方法不甚滿意，於是走上了自己的路，去尋找有威力的工具。

當時對付強交互作用最流行的理論是「S矩陣」，這個理論的教主是丘 (G. Chew, 1923-2019)。他認為由費曼、許溫格等人發展出來的量子場論已經過時，不能對付強交互作用。丘當時紅極一時，學生滿天下，有不得了的影響力。但是威爾森卻認為S矩陣有其不可克服的盲點，而且量子場論的氣數未盡，還有很多重要的東西等待挖掘。所以儘管題目很難，也沒有什麼夥伴，他依然堅守氣勢低迷的量子場論。

威爾森堅持研究場論的代價是無法很快地發表論文，這樣的「求仁得仁」固然是他當初的願望，但是殘酷的論文發表壓力又該如何應付？還好威爾森的才氣還是有人欣賞（此人據說也就是當過費曼上司的貝特），所以他「雖然沒有發表任何東西，似乎還能找到工作，因此就不去擔心『不發表就滾開』(publish or perish) 的問題。」

事情終於峰迴路轉：在1970年代初期，威爾森發現他長久以來研究的「重整化群」恰好是瞭解臨界現象最好的理論架構——用重整化群可以算出一般統計力學技巧無能為力的臨界指數 (critical exponent)。重整化群本來是量子場論中的老話題，但是大家並不明瞭其真正的意義，所以一向不為人重視。只有在威爾森的工作出現之後，人們才體認到重整化群是量子場論的核心概念，並且統計力學與量子場論兩門學問的根基其實是同一回事，兩邊的技巧與概念都可以彼此借用。威爾森把量子場論推上顛峰，這項成就非常了不起。很少理論物理學家能和他一樣，在「沉澱」了十來年之後才完成大學問而功成名就。

費曼也是走自己的路去征服量子場論，他的路數與許溫格跟隨正規理論的做法大異其趣， 許溫格曾說費曼聽從的是「另一種鼓聲」。費曼在諾貝爾演講裡，「從個人的角度」說明他與量子電動力學的關係；他想交代奇妙的「費曼圖」究竟是怎麼發明的。在文章的最後，他特別強調多元化思考的意義。他說：「如果每個學生只會跟從同一個風潮的角度去看待電動力學或場論，那麼為了理解強交互作用而提出的假設，其種類就受到限制。這樣也許是對的，因為真理的確可能出現在流行的方向上，但是萬一真理是在另一個方向、一個不時髦的場論方向，那誰會去找到它呢？這個人要能夠犧牲自己，願意從一個獨特的、不尋常的觀點去看待量子電動力學，他甚至可能得自己去發明出這個觀點。我說他得犧牲自己，因為他非常可能一無所得， 因為真理可能在另一個方向， 也許正是流行的方向。」粒子理論的發展應證了費曼這段話，他的「這個人」其實是許多人，其中之一就是威爾森，他們都願意去聽一聽另一種鼓聲、「犧牲自己」、走不一樣的路。