智慧之窗:(科學與信仰)我的實驗物理老師

2013年11月
文/黃小石

韓愈說:「師者,所以傳道、授業、解惑也。」我是做實驗物理的,不過我在大學一年級的實驗物理課程中,差點便不及格了。

當時實驗課程班上的學生,都是每兩個人一組。分派到與我合作的同學,對實驗物理沒有甚麼興趣,所以常常不來做實驗,課後便抄襲我的實驗結果。學期結束時,老師看我的實驗筆記本寫得亂七八糟,又與我的同組夥伴的結果一樣,便認定我沒有認真地做實驗,臨時以他的數據交卷。當時真是啞巴吃黃連,有苦說不出,只是否認。

於是,老師決定當場考核我:他把自己的手錶拿下來,要我用天秤量它的重量。我心想老師要考我對重量的概念,便用手捻一捻,知道它約有100多公克。於是從天秤取出一個100公克的砝碼,放在天秤的一邊。還來不及做下一步,老師便說我不及格。因為我沒有按規矩用鑷子來取砝碼(避免手上的油垢改變砝碼的重量),證明我不懂實驗室的基本操作原則。我據理力爭,說這日據時代留下來的砝碼長滿了銅銹,100公克的砝碼也不再是100公克,我的手垢也絕不致增加測量的誤差。至於我的實驗筆記塗改雜亂,正是因為它是原版,是匆忙中的記錄。如此講了許久,最後老師開恩,給了我60分,勉強及格。這是我在台灣大學唸得最感興趣的一科,卻是我成績最低的一科。修了這門課,小學而大遺,好像更不會做實驗了,正如韓愈所說:「其為惑也,終不解矣。」

教授令我眼界開

1963年秋,我到康乃爾大學進修,教實驗物理課的老師是著名的羅伯特.威爾遜教授。當時物理系研究院一年級的學生,每人都必需選他開510實驗課令許多同學都叫苦連天,但這門課的設計別出心裁,使學生獲益匪淺:學生自選實驗課題,得要自己決定需要甚麼儀器、怎麼做。老師只提供意見,一學期只做五、六個實驗。這與台灣當時如教烹飪課的實驗課程,真是天淵之別,叫我眼界大開。在這門課及其中我所做的一個「臨界現象」的實驗,奠定了我一生所發表一百六十篇研究論文的基礎。我所學到的,不只是物理,而是為人處世、格物致知的道理。

建造費米實驗室

威爾遜教授於五十年代,首先利用強力聚焦原理,建立一座超過10億電子伏特能量的加速器(Bevatron)。1967年,他離開康乃爾,在芝加哥近郊負責籌建「費米實驗室」。1971年春天破土施工,1974年五月完工,比預期的進度快了許多,且比預算的兩億五千萬美元經費低(這在美國國家計劃中是絕無僅有的例子)。此後,他又著手建造當時世界上最大的粒子加速器(Tevatron)。這座機器一共使用了26年,並帶來許多重要的發現。直到2011年歐洲的「大型強子對撞機」開始使用後為止。

此外,他也是一位著名的雕塑家,這不但從費米實驗室的「威爾森廳」的設計看得出來,也可從他在大廳前堅立的一件自製的雕塑品得到印證。當時,在工地上的所有工作,只能由工會的會員來做。他並非工會會員,所以不能在工地工作,但他並不花精神與工會爭執,而是從頭做起,拜師成為銲接工的學徒。他學成後加入工會,製作了他的幾件雕塑品,包括那個在大廳前32呎高的「雙曲方尖碑」。

基礎研究的作用

在費米實驗室建造期間,由於其建造預算的數目龐大,1969年四月威爾遜奉召到國會解釋。主持聽證會的民主黨籍資深參議員巴斯多雷也許有意放款,刻意做球給他,問:「建這個加速器,與國家安全有關嗎?」威爾遜回答:「沒有。」接著,參議員再問:「一點都沒有?」威爾遜回應:「一點都沒有。」這是他高貴而實事求是的精神,不為得到經費而說些似是而非的話。接下去,他說了一段令人回味的話:「它只關乎我們有多看重人際間的彼此關懷、作人的尊嚴、和對文化的熱愛……關乎我們是否算是好畫家、好雕塑家或偉大的詩人。我是指所有真正被這個國家所尊崇且熱衷的事物。從這一層意義來看,這項新知識全關乎這個國家的格局與尊榮。雖不與國防直接相關,卻有助於使這個國家成為一個值得捍衛的國家。」清楚俐落,沒有花巧,沒有噱頭,是一針見血的回答。他不是一個高明的「科技匠」,但配得上是位高貴的「科學家」。現代已很少再有如此的科學家,能有這種骨氣來面對掌管錢包的國會了。

能否學有所成,終得看個人的造化,威爾遜老師似乎也不很在乎我是否學得好。當我還是學生時,常在實驗室工作至深宵達旦。夜深人靜,實驗室是個很孤單的地方。再好的老師也不會在這時陪伴你。物理至終還是得自己去學習的。

永遠同在的老師

然而,就在這時候我認識了另外一位「老師」,就是《聖經》所說的「保惠師」。在我們最需要時,祂總在我們的身邊。先知以賽亞說:「主雖以艱難給你當餅,以困苦給你當水,你的教師卻不再隱藏,你眼必看見你的教師,你或向左、或向右、你必聽見後邊有聲音說:『這是正路,要行在其間。』」(《聖經‧以賽亞書》三十章20-21節)耶穌曾應許:「父因我的名所要差來的聖靈,祂要將一切的事,指教你們,並且要叫你們想起我對你們所說的一切話。」這老師(保惠師)將「永遠與你們同在。」(《聖經‧約翰福音》十四章16節)祂沒有教導我物理,卻導引我為何需要研究物理;祂不帶領我做實驗,卻在孤獨的實驗室中與我同在,又鼓勵我:一切的智慧是從上面而來的,這偉大的大自然,是這位更偉大的上帝的傑作,為要彰顯祂榮耀的永能和神性。

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