2009-10-27

一個充滿活力的宇宙!

一個充滿活力的宇宙!
孫維新【2009/08/20 聯合報】

西元一○八二年,蘇東坡與友人乘舟遊於赤壁之下,在清風明月之中吟詩作賦,同時討論流體力學和天文物理現象,這段探討自然內容有二,一曰「水」,一曰「月」。

蘇氏觀察了江水東流,滔滔不絕,於是作出結論:「逝者如斯,而未嘗往也。」詞句優美,傳頌千古,對流體連續性的瞭解也正確無誤;但要用了現今的科學語言來描述同樣的現象,就成了:「單位時間之內通過單位面積的水量是相同的。」意義相同,但是極端乏味。

蘇氏觀察月相盈虧,終始循環,知道「盈虛者如彼,而卒莫消長也。」月亮的本質不變,月相變化不過是表象的輪替而已。這比辛棄疾認為月亮老是掉到海裡,「怕萬里長鯨,從橫觸破。」要來得高明多了。

我們對大自然的認知,起源於欣賞感動,繼之以分析思辨,最終接觸到自然現象背後的物理定律。說來簡單,但是這條路並不好走,原因就在於日常經驗所培養的「直覺」,常會帶我們走上叉路。

柯南道爾藉著福爾摩斯之口,說了一句經典名言:「沒有比日常生活中顯而易見的『事實』,來得更會騙人的!」的確,太陽的東昇西落,讓托勒密直覺地以為太陽繞著地球轉,也因此這個最符合「直覺」的「地心說」,騙了世人一千五百年之久!

另一個「直覺」騙人的例子,就是我們每個人在空間中移動的「速度」。我們端坐室中,會覺得大地寧靜,沒有移動,實際上地球每天帶著我們繞軸自轉,轉速之快,令人咋舌!

怎麼計算?地球的半徑大約六千四百公里,乘上圓周率再乘上二,就是繞赤道一圈的周長,將近四萬公里,但是在赤道上任何一點,隨著地球自轉一圈回到原來的地方,只需要廿四小時。四萬公里的距離,廿四小時走完一圈,兩者一除,我們在地表的時速將近一千六百公里!

台灣雖不在赤道上,也有一千四百多公里的時速。課堂上每回講到此處,都不禁擲粉筆嘆息,青少年為什麼要去「飆車」呢?只要坐在地上,就能體會速度的快感!這種「飆地球」的極限運動,連安全帽都不用戴!

地球自轉的速度雖然很快,但是比起公轉速度還有一段距離。地球離太陽一億五千萬公里,所以公轉周長是九億公里,公轉一圈需時一年,九億公里除上一年三百六十五天,再除上廿四小時,就得出了地球公轉的速度:每小時十萬公里!

故事尚未結束,太陽帶著八大行星,繞著銀河中心公轉,一圈走下來大約是廿萬光年,需時兩億年,兩者一除,得出速度:每小時一百萬公里!不僅如此,銀河系正以更高的速度對著處女座星系團直奔過去!的確,這是一個「充滿活力的宇宙」,這不是運動飲料的廣告詞,真實情況就是如此,只是我們的「直覺」看不出來。

為了要讓台灣的民眾體會星空之下的感動,同時也能讓我們接觸這些看來違背生活直覺的物理規律,這個暑假我們在中正紀念堂創造了一片星空,讓天文學透過文學、歷史、科技和新知,展現在世人面前。開展前徹夜工作,夜靜更深,走出戶外,徜徉在中正紀念堂周邊的草坪之上,明亮的木星尚未西沉,東方的啟明星已經照耀天際。仰觀星空,俯察大地,深深體會自然之美,宇宙之奇!

回到展場之中,才發現工作人員早就橫七豎八,相與枕藉乎展場之中,不知東方之既白。

(作者為台灣大學物理系與天文物理研究所教授)