李伯伯最想告訴你的22個科學家故事

名人推薦：〈推薦序〉閱讀、思考與發問
簡麗賢（北一女物理教師）

有句話說得好：「書就像降落傘，打開才有用。」閱讀一本好書，讓人沉浸在思考與反芻中，令人愉悅。

謝謝圓神出版社，讓我有緣先睹為快，閱讀李家同教授的新書文稿。多年來，李教授透過寫作與演講，關切國內教育政策與人才培育的議題，字字珠璣，句句剴切，令人敬佩。本書分成兩部分，其一，李教授為中學生導讀科學；其二介紹牛頓、法拉第、巴斯德等知名科學家的故事。內容相當豐富，非常適合中學生閱讀，也可提供中學教師上課中融入科學家故事的參考。李教授的新書...

門得列夫
Dmitri Mendeleev
1834∼1907
李伯伯這麼說
門得列夫的手稿週期表和我們現在熟知的週期表看來不太一樣，一來是因為近代的科學家陸續發現好多新元素，二來現在的週期表更強調「週期」。門得列夫的週期表看起來有些亂，其實極有意思。他在無法解釋的元素前面標了個問號，顯示這位大師的謙遜，對於自己不懂的地方，絕不掩飾，而且勇敢承認。
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門得列夫出生於西伯利亞的托博爾斯克市，他與美國的富蘭克林有個巧合，他們都是家裡排行第十七的老么。

原本門得列夫的家境算是不錯，因為父親是位小學校長，母親則開了一家生意興隆的工廠。不過，在十八歲那年，門得列夫的人生遭逢困境，他的父親不幸過世，母親的工廠則遭祝融之災，毀於一旦。

儘管家道中衰，門得列夫的母親非常重視這位小么兒的教育。她變賣家產，帶著門得列夫在俄國境內到處尋找學校，最後進入聖彼得堡高等師範學校就讀，還申請到一筆獎學金。但是在門得列夫順利成為大學新鮮人後不久，母親卻生了重病，沒多久便撒手人寰，留下「遠離幻想，堅持成果而非誇言，耐心追求神聖科學領域」的遺言給門得列夫。

母親過世之後，門得列夫發憤用功讀書，1855年以極為優秀的成績從大學畢業。不過畢業後，門得列夫被診斷出肺結核，被迫到克里米亞半島休養。當時克里米亞半島正爆發人類史上的第一次現代化戰爭，電報、火車、鐵甲船、有火藥的炮彈首次出現在戰場上。

克里米亞戰爭迫使俄國退出克里米亞半島，更堅定俄國改革的決心，期許成為一個現代化國家。門得列夫正好躬逢其盛，獲得德國和法國的留學機會，準備大開眼界。
門得列夫先在法國雷諾實驗室做研究，又去德國海德堡進行流體的毛細現象，以及光譜儀製作的研究，與德國化學家本生學習光譜學，接著又遇上義大利化學家坎尼乍若，向他學習精密原子量測量法。門得列夫的功力在兩年之內突飛猛進。

回到俄國後，門得列夫完成博士論文，成為聖彼得堡大學化學系教授，出版一本五百多頁的有機化學教材。門得列夫這輩子一共將這份教材前後修改八次，最後修正完畢的決定版名為《化學原理》，成了過去一百多年來，全世界最膾炙人口、最多學子閱讀的化學教科書。

當門得列夫在有機化學獲得成就之後，他的研究方向逐漸轉向無機化學的領域。門得列夫認為化學元素是構成宇宙語言的字母，如果可以解開化學元素的結構秘密，便可解開宇宙的起源。如果可以找出所有元素與物理、化學性質有關的邏輯關聯性，那麼他在化學界的地位，就如牛頓之於物理學、達爾文之於生物學。

在門得列夫的年代，科學家已經發現六十三種不同的化學元素，也知道這些元素均由不同的原子構成，雖然每種原子各有其獨特性，但也有些元素的性質相仿，可以歸類為同一族群。儘管如此，化學元素之間依舊找不到規律性，訊息也無法條理分明，這是門得列夫一直努力的方向。

門得列夫就這麼研究了十三年，當他陷入困頓時，會玩撲克牌來打發時間。結果某天他發現撲克牌的數字與花色的排列方式似乎跟元素的族群與原子數有異曲同工之妙，撲克牌啟發了門得列夫的靈感。他發現這些元素在有規則的數字間隔後，會重複出現類似的性質，似乎即將找到化學元素的規律性。

門得列夫在1869年首度發表元素週期律時，當時沒有幾位化學家認可他的想法。由於門得列夫在發表之初，曾經為「未知元素」預留空位，沒想到他所預言的未知元素居然陸續被發現，而且這些元素的性質與當初的預言驚人地吻合！於是門得列夫便正式成為國際化學界公認的大師。至於門得列夫順勢推出的第八版《化學原理》便成為全球學子的標準教科書，影響了一代又一代的化學家。

雖然門得列夫被尊稱為「化學之王」，並擁有上百個榮譽學位及院士頭銜，門得列夫卻因為曾經在1890年支持學生示威運動，不但被迫離開教職，一輩子再也沒有機會進入俄國科學院。

不過，無法成為科學院院士，支持示威運動只是其中原因。最大的理由是門得列夫曾經有「重婚」紀錄，這是以東正教為主要信仰的俄國人最不能忍受門得列夫的地方。再者，門得列夫個人形象實在不優，他永遠都是以「白髮老巫師」的形象出現，一年只剪一次頭髮。更令人難以置信的是，門得列夫都是找當地的牧羊人用羊毛剪幫他剪頭髮，從來都不願意找真正的理髮師。

門得列夫與俄國科學院無緣也就罷了，他居然也與諾貝爾獎無緣，因為他曾經批判瑞典科學家阿瑞尼士的《解離說》。所以當他在1906年被提名諾貝爾化學獎的時候，正好阿瑞尼士正是評審委員之一，於是阿瑞尼士便在瑞典皇家科學院帶頭批評門得列夫的成就，讓門得列夫無緣榮獲1906年的諾貝爾化學獎。
原本門得列夫還以為有再度叩關諾貝爾獎的機會，可惜他在1907年不小心罹患上流行性感冒，進而引發心肌梗塞，最後在1907 年2月2日過世，享年72歲。

雖然沒有諾貝爾獎的肯定，世人還是非常懷念門得列夫對於科學的卓越貢獻，所以加州大學柏克萊分校在1955年所發現的第101號元素：鍆（Mendelevium）就以門得列夫的名字來命名。另外，在月球的背面也有一座山被命名為門得列夫環形山（Mendeleev Cater）。

至於門得列夫在1869年發明的化學週期表，現在又有多少種元素呢？答案是116種。不過其中只有88種是自然存在的元素，其餘都是實驗室製造出來的人造元素。再者，114與116號元素是2011年6月才獲得通過，已經等候八年之久的113號和115號元素目前尚未獲得科學界的承認。

門得列夫
Dmitri Mendeleev
1834∼1907
李伯伯這麼說
門得列夫的手稿週期表和我們現在熟知的週期表看來不太一樣，一來是因為近代的科學家陸續發現好多新元素，二來現在的週期表更強調「週期」。門得列夫的週期表看起來有些亂，其實極有意思。他在無法解釋的元素前面標了個問號，顯示這位大師的謙遜，對於自己不懂的地方，絕不掩飾，而且勇敢承認。
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門得列夫出生於西伯利亞的托博爾斯克市，他與美國的富蘭克林有個巧合，他們都是家裡排行...

為何我們的學生很會應付考試，但是在科學上的成就不夠好？

我們的中學生在各種國際數理方面的考試中都表現得相當不錯，但是在科學的研究成果上，卻沒有很多非常傑出的人。也許我們該問，這到底是什麼原因？這當然不是一個簡單的問題，可是如果我們仔細分析的話，會發現同學有一個特色，那就是他們很會解難題，也有考試技巧，但很少同學會問非常有趣味而有深度的問題。

這種不發問的現象的確很嚴重，也不僅限於課堂，我們整個社會就是不太喜歡問問題。舉一個簡單的例子來說，我們大家都看電影，也會看到很多的電影中有相當難拍攝的鏡頭，大家只會欣賞這種電影，而不會問究竟這種電影是如何拍出來的？比方說，很多從前拍的電影中就有獅子和人搏鬥的鏡頭，在當時，電腦技術尚未成熟，獅子絕對不是用動畫合成的，但是我們很少人對於這類問題有興趣。

我們常常看到報紙上說某某跑車可以在三秒鐘之內，從零加速到一小時一百公里。我們只會報導這件事，而不去解釋這究竟是如何達到的。好像這不是一個有趣的事，社會上沒有人會對這件事感到好奇。

【學問，學習發問】

在美國念過書的人都有過一種經驗，那就是美國學生常常會發問，但是考試往往考得不好。我們的同學很少在上課時舉手發問，可是考試的時候卻又表現得非常好。這種不發問的現象會有什麼問題呢？

第一個問題就是我們的學生雖然沒有搞懂學問，可是因為他沒有發問的習慣，他會似懂非懂地將所學的東西背起來，久而久之成了一個習慣，認為所謂念書就是將老師說的背將下來。很多同學養成了這個習慣，也就不知道自己其實沒有搞懂。舉例來說，在國中一年級的時候，才從小學畢業的同學，就要學關於DNA的知識。DNA與遺傳學相關，但是要搞懂DNA又要懂化學，而且是還是很複雜的化學。小學才畢業，根本不知道化學為何物，也就不懂為何DNA有遺傳的功能。可是我們的孩子並不知道自己不懂，只是以為背了一些名詞，而且在考試中拿到高分，就表示懂了，這是一個多麼嚴重的問題。

再舉一個例子，我們的高一學生要學大霹靂，也就是宇宙的起源，這當然又不容易了解，而且高中一年級的學生是無法透徹了解如此深奧的學問。但是，兵來將擋，同學們不會舉手發問，大霹靂的理論是如何演而來，他們會將書上講的東西全部背下來。糟糕的是，有的學生就自以為了解大霹靂。

第二，不發問的結果是根本搞不懂很多最基本的學問。以電學來講，高中生會學到庫侖定律，這個定律中有一個物理量，就是所謂的電量，電量的單位是以庫侖來計算。庫侖定律提到了這個電量，可是在庫侖的時代，科學家也許知道一個物體含有電荷，但絕對沒有能力測量電荷量。能夠精確地測量電荷量，乃是近代的事，所以同學們其實對於最基本的問題都沒有搞清楚。同學也許會背庫侖定律的公式，但並沒有弄清楚庫侖定律的真正含義。電磁學中的電場是根據庫侖定律而來，我們如果搞不清楚庫侖定律，對於電場的觀念也只是一知半解。

我念大學的時候，念的是電機系，一直對一個問題非常困擾，那就是在電路分析的時候牽涉到一個虛數，在念傅立葉轉換的時候，又牽涉到一個虛數，可是我當時有一個感覺，自然界並沒有這個虛數，所以我就搞不懂這到底是怎麼一回事。當時也沒有問老師，我曾經和其他同學談起我的困擾，很多同學都有同樣的困擾，也都沒有問，我一直到後來才搞懂這是怎麼一回事。也就是說，有很長的時間，我其實連電機裡一個最基本的觀念都沒有搞清楚。

第三個問題是，我們不問問題，也就不會創造新局。這是必然的現象，要創新局一定是對於一個問題感到非常困擾。我們大家都不問問題，多多少少也表示我們對於很多問題沒有感到困擾，可是一些觀察敏銳的人，當他看到一種現象以後，他會立刻對這種現象產生興趣，最後發展出一套理論來解釋這種現象。比方說，有人發現在牧場中成天和牛在一起的人不會得天花，如果是我們這些人看到這種現象，絕對不會問為什麼他們不得天花？會問問題的人就會去研究這種現象，最後當然會有很大的突破，牛痘就是如此被發現的。

【會問問題，就會思考】

既然知道問問題很重要，為什麼我們整個社會不太會問問題？

（一）我們往往教得太難。在國中一年級就教DNA，學生當然不懂，也無從問起。我要是小孩子，也不會問，因為我知道問了以後，老師所講的，我仍然聽不懂。高中要念的理化，中間包含一大堆艱難的學問，大霹靂只是其中之一，量子力學又是另一個不可能懂的學問。同學們根本不把這些學問當作一回事，他們除了背以外，沒有任何辦法。而且他們發現自己不懂是沒關係的，只要會背就可以了。那些很認真念書的同學，反而會考不好，因為他們想把事情搞清楚而沒有背，他們不知道我們國家「背多分」乃是最佳策略。

（二）我們社會的文化，從來不鼓勵發問。在家裡，我們總是習慣大人講話小孩要乖乖地在旁邊聽，不可插嘴。這種想法使得我們的孩子從小就不會發問，主要是不敢發問，因為大人覺得孩子話太多乃是令人厭煩的事，甚至會覺得乖小孩是只聽不問的。因為問問題多多少少有一種挑戰大人的意味，比方說，小孩子問爸爸，你剛才講的那個論點，在某某情況之下可能是有問題的，這個爸爸並不能欣賞這個孩子的聰明，反而認為這個小孩子有點叛逆。

（三）我們社會的確沒有什麼好奇心。對很多事情，我們不會發現其中的蹊蹺。舉例來說，在911事件中，為什麼恐怖分子在同一個時間內可以通過好幾個機場的安全檢查？為什麼飛行員不立刻以無線電通知地面有人劫機？更奇怪的是，飛行員為什麼會駕機撞樓？因為撞大樓也一定會機毀人亡，如果說恐怖分子自己駕機，這又更加奇怪了，他們頂多學了幾個月的飛行技術，不可能如此準確撞到大樓，而且他們如何能夠使得飛行員將飛機的控制權全部讓給了恐怖分子？駕駛員的機艙幾乎不可能進得去，恐怖分子如何進去？針對許多社會事件，我們應該要有好奇心，才能抽絲剝繭地找出原因。

（四）我們不大知道發問的重要性。我們做老師的，只會要求學生解題目，這就夠了，他究竟有沒有困擾，老師
並不會過問。可是我們應該知道，伏爾泰曾經說過，要評論一個人，不能從他的答案，而是要看他所問的問題。我們的老師與整個社會是完全忽略了這一點，難怪我們的學生最多就是會解題，而不會發現新的研究題目，這是很可惜的事。

（五）我們同學之所以不問，還有一個文化上的問題，那就是同學們其實不敢挑戰。假如我們覺得某一個機器不太順手，或者某一個軟體不太好，我們通常就逆來順受，而不問一個最基本的問題：難道沒有改進的空間嗎？我們常常發現這些硬體也好，軟體也好，都是外國有名的公司出產的，因此我們從小就養成崇拜洋人的習慣。再加上老師常常告訴學生這些發明者有多麼偉大，以至於我們不敢說自己有新的想法，看到一個系統明明有問題，也不敢問是否能改善。

（六）我們常常認為問問題表示自己沒學問，所以就不敢問。小孩子沒有這種想法，所以會東問西問，從不覺得問問題是一件難為情的事。可是大了以後，反而覺得問問題表示自己不懂，乃是自曝其短，也就不問了。這種現象在教授中最為嚴重，教授常常很重面子，不懂的東西其實也不少，但就是不肯問人家，尤其不肯問比他年輕的人。我們有一句話叫做不恥下問，其實這句話本身就是有問題的，因為「下問」就是看不起人的說法，可見這一句話充分顯示我們國人愛面子的現象。

不問問題，嚴格說起來乃是不思考的現象。我們常常看到電影上有科學家在走廊中走來走去，其實是因為他發現了一個令他非常困擾的問題。如果一個人根本沒有令他困擾的問題，試問，他怎麼可能在科學上有很大的成就呢？

【科學，從好奇開始】

我寫這本書是希望同學們看了以後，好好地養成一個有好奇心的習慣，對於很多的事物，都要問問究竟怎麼一回事。比方說，我們從小就知道萬里長城在兩千年前就已建造，至今長城依然健在。一個充滿好奇心的學生應該會問，究竟萬里長城所用的材料是什麼？兩千年前是沒有水泥的，可是顯然不需要水泥也可以建造非常堅固的建築。像這一類的問題，我們同學卻沒有問，這不是一個好的現象。如果我們要成為好的科學家，就必須有強烈的好奇心。看了這本書以後，我們多多少少會知道，過去偉大的科學家都是從好奇心開始的。

我也寫了一篇文章，算是我的導讀，這篇文章對於非理工科的學生來說，可能難了一些。裡面有一些數學式子與科學上的知識，對於了解這些偉大的理論有相當大的幫助，但是非理工科同學可能比較難以消化，但我們也不可能再簡化這篇導讀了。所以我建議理工科同學可以細細研究，非理工科的同學就當作一項挑戰吧。

為何我們的學生很會應付考試，但是在科學上的成就不夠好？

我們的中學生在各種國際數理方面的考試中都表現得相當不錯，但是在科學的研究成果上，卻沒有很多非常傑出的人。也許我們該問，這到底是什麼原因？這當然不是一個簡單的問題，可是如果我們仔細分析的話，會發現同學有一個特色，那就是他們很會解難題，也有考試技巧，但很少同學會問非常有趣味而有深度的問題。

這種不發問的現象的確很嚴重，也不僅限於課堂，我們整個社會就是不太喜歡問問題。舉一個簡單的例子來說，我們大家都看電影，也會看到很多的電影中有相當難拍攝的鏡...