不要跟愚昧無知的人講科學（不相信這些科學道理的人）

2023-10-06 12:05:07 1

文/陳悅

對於絕大多數科學構想而言，無論起初看起來是多麼精妙，最終都被證明是錯誤的。相反，少數值得人們關注的科學構想在提出之初卻往往被人們忽視，甚至遭到扼殺。雖然它們的提出也許是一揮而就，但是後來不僅得到確證，甚至被認為具有改變世界的意義。事實上，科學的價值不僅在於滿足人類的好奇心，也在於其無可限量的實踐應用。

1 電磁學

許多科學發現最初看起來根本無法改變世界，其中電磁學最為人所熟知，儘管今天它仍然是一門偏於理論的學問。

1820年，丹麥物理學家奧斯特觀察到通電導線擾動磁針的現象，發現了電流的磁效應。1821年，在英國倫敦皇家研究所供職的法拉第在奧斯特的研究基礎上成功研製出原始電動機。10年後，他又發現在線圈中移動的磁鐵能產生電流。1845年，法拉第最終創立了現代物理學中裡程碑式的理論——電磁場理論。

當時的英國首相和一些資深政客因為經常聽到電磁感應的故事，便要求法拉第演示電磁感應實驗。每當有人問「這有什麼用」時，法拉第會回答：「新生的嬰兒又有什麼用呢？」

事實上，在基礎科學上的投入往往需要經歷半個世紀甚至更長的時間，才能開花結果。法拉第的發現在19世紀50年代被嘗試用於實際，比如以電流點亮燈塔、通過大西洋電信電纜的遠距離電報信號傳輸，但結果均以失敗告終。直到19世紀80年代，電能才開始逐漸被廣為應用。

2 虛數

學生們遇到虛數時的一般反應是：它到底是什麼意思？

虛數，是指平方是負數的數。如今，它已經成為微晶片和數字壓縮算法設計中的核心工具，人們使用的MP3播放器便依賴於虛數。更重要的是，虛數是引發電子學革命的量子力學等理論的基礎。如果沒有複數（由實數和虛數構成的數），現代技術便無法實現，蘋果iPod等這類數字產品也不會出現。

16世紀，義大利數學家傑羅洛莫·卡爾達諾提出了虛數的概念。在那個年代，連負數都遭到嚴重懷疑，負數的平方根就更令人難以接受了。虛數的計算令人生厭，研究「不知其義」的虛數令人沮喪，有一次卡爾達諾甚至落筆寫下虛數「無用」的字樣。牛津大學的阿爾圖羅·埃克特曾說：「卡爾達諾寫出了複數的標準表達，並能對複數進行加法或乘法，卻無法給出它們任何實際的或者幾何的意義。」

繼卡爾達諾之後，也有一些關於虛數的研究。但是，直到數學家們找到了虛數與π、e等常數之間的聯繫，虛數才受到重視。今天，虛數已然不可或缺。在量子力學中，原子和電子能夠同時存在於兩個或更多的位置，虛數可以很好地反映出這種奇異現象的物理意義。在量子世界，虛數不僅舉足輕重，更是不可被替代的。

3 陀螺儀

路易斯·布倫南是一位愛爾蘭裔澳大利亞工程師，他發明了一種看似無法實現的交通工具——靠陀螺穩定的單軌車。這種單軌車像自行車那樣，前後有兩個輪子。儘管它最終被證明沒有發展前途，但這項發明本身標誌著交通工具的一次革命性嘗試。

旋轉物體在不受外力影響時，旋轉軸所指的方向不會改變。一旦物體旋轉起來，它將抗拒任何試圖改變其旋轉軸方向的外力。這就是陀螺儀的原理。布倫南發現，陀螺儀可以令單軌車保持豎立前行，並於1903年憑藉這個構想取得專利。1907年，在英國倫敦皇家學會的一次會議上，他演示了一輛按比例縮小的單軌車，當時有報導稱「引起了全世界極大的興趣」。布倫南在1909年又演示了一輛全尺寸的單軌車。然而，人們對單軌車安全性的擔憂影響了它的市場化進程。

後來，埃爾默·斯佩裡改變了陀螺儀的命運。斯佩裡也一直從事陀螺儀技術研究。他購買了布倫南的專利並在紐約創立了斯佩裡陀螺儀公司，以便開展其海上應用。如今，由斯佩裡等人發明的儀器已無處不在。陀螺羅盤運用陀螺儀原理保持指針朝北，陀螺儀還是軍艦、油輪、飛彈上安裝的導航、轉向和穩定裝置的關鍵所在。

4 表觀遺傳學

1926年，奧地利生物學家保爾·卡姆梅勒因被指責在試圖證明獲得性遺傳的產婆蟾實驗中造假而自殺，他因此作為科學騙子被世人記住。實際上，他可能偶然發現了「表觀遺傳學」——在不改變DNA排序前提下，基因發生的重要變化。

產婆蟾是一種在陸地交配並產卵的罕見的兩棲動物。卡姆梅勒做的實驗是，讓產婆蟾持續處於極度乾熱的環境中，迫使它們在水中產卵並哺育後代。最終，孵化成活的小產婆蟾雖然數量不多，但這個新「水生」群體的後代繼續選擇在水裡產卵。卡姆梅勒稱，這個實驗驗證了拉馬克遺傳學理論——物種特徵可以在經歷過一個生命周期後獲得並遺傳給後代。

1926年8月，發表在《自然》雜誌上的一篇文章譴責卡姆梅勒是騙子，6個星期後卡姆梅勒自殺了。這個令人遺憾的故事很快便被淡忘，直到1971年才有人出面稱這位生物學家的實驗可能被人篡改了。

實際上，卡姆梅勒所謂的遺傳模式源於表觀遺傳學，其過程便是分子生物學的核心。現在，人們正以此為基礎研製大量藥物。如果當年卡姆梅勒得到足夠的尊重，那麼今天很多有用的藥物也許早就研製成功了。

5 飛行器

在18～19世紀，科學家和公眾都相信，不僅利用人造翅膀飛行是不可行的，而且就連提出這種想法都是愚蠢的。然而，這並沒有打消英國科學家喬治·凱利的念頭，儘管他的想法甚至令他的兒子都感到難以接受。

1799年，凱利在一個銀盤上做了銘刻印記，一面刻有世界上第一架飛行器的設計草圖，另一面刻著最早的關於空氣動力學的敘述文字——翅膀可以讓飛機飛行。10年後，凱利的論文《論空中航行》發表。然而，他的研究卻遭到了質疑。

不過，據《發現飛行的人》的作者、加拿大約克大學的理察·戴德稱，凱利對別人的質疑並不放在心上，因為他有著充足的理由。凱利完成了一系列試驗來支持他的理論，並堅信「別人都錯了」。凱利構建逐步複雜化的飛行器模型，最終完成了一架全尺寸的滑翔機。1853年，這架飛機完成了人類歷史上第一次載人滑翔機飛行。

在凱利開創性工作的激勵下，50年後萊特兄弟完成了首次人類操控的有動力飛機飛行。他們成功的關鍵有賴於內燃機的發明，而凱利當年也已經意識到這樣一個裝置的重要性，並苦心研製多年未果。

6 數字通信

1937年，為了解決電話信號的幹擾問題，英國工程師埃裡克·裡夫斯創立了一套語音編碼方法。當時，他也許根本沒有意識到自己將成為現代數字通信網絡的奠基人之一，因為實現其構想的技術手段是在數十年後才具備的。

1927年，美國和英國之間開通了商用無線電話。當時的越洋無線電話通信是利用高頻無線電波（即短波）能從電離層折射返回地面這一特性。20世紀30年代早期，英國工程師埃裡克·裡夫斯開發出了能夠同時傳輸多路電話的更高頻的無線電通信。不過，這些通話會彼此幹擾，產生噪聲和難以辨識的信號。因此，當時的人們認為這項技術難以應用於實際。

此後，裡夫斯成功將這些通話的模擬信號轉換成一系列類似電報脈衝的信號，從而避免了信號間的相互幹擾。這種將模擬信號數位化的方法被稱為脈衝編碼調製。裡夫斯就職的美國國際電話電報公司取得了脈衝編碼調製的專利權。然而，由於當時沒有能夠將裡夫斯的研究成果商業化的工具，這項專利直到20世紀50年代作廢之前都沒有帶來任何盈利。

後來，美國國際電話電報公司的經理讓裡夫斯負責位於埃塞克斯的哈羅標準電信實驗室的一項探索性研究。裡夫斯除了組建雷射通信研究小組外，熱情地支持了華裔物理學家高錕的工作。後者引導了今天將光信號調製的脈衝編碼傳遍世界的光纖網絡的發展。

本文選自《科學畫報》

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