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從信仰的土壤裡開出科學之花
想到「科學家」這個稱呼,你的腦中可能浮現出他們不苟言笑的面容,又或是在書桌、講台、實驗室認真講學和研究的形象。但科學家也是人,他們都有自己獨特的生命故事,快樂的童年,悲慘的童年;順遂的求學,坎坷的求學;被同儕推崇,被前輩誣陷;每位科學家的故事都有獨特的樣貌。
這些在歷史上留名的大師,你大概聽過其中幾位的名字,也或多或少說得出跟他們研究領域相關的幾個名詞,但除此之外,你知道他們一個個是怎麼成長、怎麼戀愛、怎麼發現那些改變世界的知識、怎麼實踐他們生命中的熱情、怎麼面對研究之路的毀譽和孤寂嗎?
且看張文亮老師發揮說故事的看家本領,揭露你原本不知道的科學大師生命起伏,讓他們一個個都鮮活立體起來,等你來發掘欣賞並發出那一聲「哇」的讚嘆。
「有人宣稱用理性證實後才能接受是真實的,但是我們能夠證實的事其實很少,例如:如何證明人知道自己有一天會死?如何證明明天太陽一定會再度升起?」
帕斯卡
「數學家就是藝術家,像是米開朗基羅躺在教堂的天花板下,以無盡的熱情,一筆、一筆地描繪出最精確的圖畫。……什麼是數學?數學是上帝花園中精選的百合花。」
歐拉
「真正的教育必須是『好』的教育,否則教育的產物將淪為社會不平的導火線,與犯罪者的工具。要讓教育走向好的方向,要教導人勒住自己貪得無厭的心,提醒人教育的目的在使人行善。」
柯西
作者簡介:
張文亮
美國加州大學戴維斯分校博士,前台灣大學生物環境系統工程學系教授,是生態環境專家,也是最會說故事的河馬教授,他說的故事從科學到信仰、從歷史到生活,有對人群的關愛,有對造物主的敬畏。在他的筆下,科學有了生命的溫度,信仰變得真實又立體。
著有:
【傳記類】
《兄弟相愛撼山河──威伯福斯與克拉朋聯盟》
《南丁格爾與近代護理》
《法政捍衛者的憂傷與榮耀》
《深入非洲三萬里──李文斯頓傳》
《隱藏的種子──史華璐》
《上帝恩典的留聲機──講道王子司布真》
【大學三部曲】
《因為有愛,才有這個學系》
《當青蛙念到蝸牛大學》
《飛機為什麼沒有撞到羊》
【小品類】
《牽一隻蝸牛去散步》
《昨夜,我與一顆橘子摔角》
《上帝的忍者學校與小雀鳥》
蔡兆倫
致力繪畫三十多年,繪製漫畫、童書繪本、兒童插圖,曾獲得2016波隆那兒童書展之特殊主題佳作。
章節試閱
1
帕斯卡
數 學 奇 才
清楚的理性、
熾熱的心
帕斯卡一生橫跨神學、科學與文學諸領域,
有人說他是大師裡的大師,
有人稱他是天才裡的天才。
因為他
簡簡單單地用根管子與一杯水銀,
就證實了大氣壓力與高度的關係;
在紙上塗塗鴉,
就創立了數學上的機率論與排列組合,
並開拓了三角幾何的演算空間;
偶爾拼拼裝裝,
就製造出人類歷史上
第一部數值計算器。
帕斯卡定律,
今天在理工科的書本上一定會提到它。
但是在這些偉大的成就後面,是什麼呢?
是一個人走出人群的喧嘩,
在一片大而陌生的曠野上徘徊,
靜靜地解析問題背後的問題;
「因此,我愈思想,我的思索進度沒有向前
反而愈益退後,
最後退到最基礎的問題上。」
找到最基本的問題,
竟是自我深處向穹蒼至高之處的呼籲。
一六五四年十一月二十三日,
帕斯卡終於找到了最基本的問題與答案,
但在他有生之年,
從未將這個答案與問題告訴人,
只寫了一本《默想錄》,
將一生最精華之處藏在這本小冊中。
現在,讓我們一起來挖掘
帕斯卡與他的《默想錄》吧!
喔!原來空氣這麼重
在法國的中部有個小城叫克拉蒙特—飛倫(Clermont- Ferrand),城外有座無名小山,山上滿布著古老的黑色大岩石,沿著小徑爬到山頂,可以看到碧藍彎曲的脫雷登河(Tretaine River),滋潤著兩旁草綠青翠的利馬京平原(Limagne Plain),還可以看到十二世紀修建的羅馬風格教堂,在大地上矗立深思。直到今天,各地絡繹不絕的遊客、學生來到這裡,爬上小山,紀念三百多年前,帕斯卡在這裡進行一個舉世聞名的實驗「用水銀柱上升的高度證明氣壓的存在」。當年眾人看著沉重的水銀,在真空管內靜靜地爬上了760 釐米(mm)的高度,山谷間彷彿仍迴響著眾人發出的驚呼聲。
「什麼,空氣竟然有這麼大的壓力,將水銀壓上這麼高?而我們每天在空氣中活動,竟然不曉得自己身上承受著這麼大的壓力。哇 !原來陸地上的人也像魚一樣, 活在深深的『空氣之海』裡。」
帕斯卡答道:「因為壓力只與深度有關。在相同的水平位置上,無論你往哪裡移動,所承受的壓力都一樣。因為壓力沒有增加或減少,所以人類一直感覺不到活在大氣的巨大壓力底下。」
這一段話就是著名的帕斯卡定律(Law of Pascal)。
後來的土木工程、航太工程、造船工程的流體動力學(hydraulic dynamic)與流體靜力學(hydrostatics)就是從這裡開始。
「那麼空氣壓力從哪裡來呢?我看頭上不是空無一物嗎?也看不到什麼在壓我呀 !」有人繼續問道。
「空氣的壓力,來自空氣的重量,空氣的重量有52×1017 公斤,很重不是嗎?因為空氣的厚度至少有五百公里。」二十八歲的帕斯卡也是世界上第一個算出空氣重量與密度的人。「如果你由低處爬到山上,或由山上走下山,你就會感覺到壓力的改變了 !」
啊,看來上帝在創世記第一章中,創造空氣,並不像一般人想來是那麼「輕而易舉」的事。想想看,52 的後面加上17 個零的公斤數是多大的重量啊 !而這又大又重的事怎麼證明呢?很單純的一支水銀管就可以了。這就是大自然的奧妙—單純的美,而且是可以被了解的。
帕斯卡後來在《默想錄》(Les Pensées)寫道:
「人類最偉大的地方,是在他能夠思想一些永遠不變的法則。⋯⋯有兩種人會認識上帝,一種是身處尊貴或卑微,內中常存謙卑的心;第二種是,只要真理,不管反對的人。」
把數學當小說看
一六二三年六月十九日,帕斯卡生於法國的克拉蒙特─飛倫。他的父親(Etienne Pascal)是城裡的稅賦官, 這是一個需要具備數學計算能力方能勝任的差事。父親對數學的喜好與對信仰的真誠影響了他的一生。
帕斯卡三歲的時候母親就死了,留下他與二歲的妹妹潔克琳(Jacqueline)、六歲的姊姊潔柏特(Gilberte)。傷心欲絕的父親終生沒有再娶。六歲的小姊姊就遵照母親生前的吩咐,照顧弟弟妹妹,直到他們長大。
在孩子們睡覺前,沒有媽媽為他們唱溫柔的搖籃曲,或講奇妙的童話故事,只有爸爸用最喜愛的數學, 編簡單的計算故事給孩子們讀。所以這一家小孩在成長的過程中,一直以為數學與童話沒有什麼不同。附近鄰居不久就驚訝地發現,這家三個小孩從會識字起就把歐基里得的數學課本當作漫畫書看,把數學計算當作有趣的遊戲玩。數學天才就是這樣自然產生的 !
等這三個孩子進了學校,他們的數學程度已經遠遠超過所有同學,這時他們的父親做了一個重要的決定: 親自教孩子數學。把這三個孩子教好,成為父親一生最重要的事業。
帕斯卡十六歲對外發表他的第一篇研究報告「圓錐體截面的數學特性」,這是後來投影幾何學的萌芽,在幾何發展上是很重要的一篇文章。對許多十六歲的孩子, 幾何仍是似懂非懂的科目,帕斯卡已創新幾何解法,找出數學公式了。
然而,這個數學天才獲得的不是掌聲,而是敵視。當時法國的哲學大師笛卡兒(René Descartes, 1596∼ 1650),正執數學理論之牛耳,他比一般人更早知道這個十六歲孩子的傑出之處。但是妒嫉與擔心喪失權力,驅使笛卡兒費盡全力去暗中封殺這個早熟的天才。
第一部計算機的由來
因為父親計算稅賦得不斷重複加減乘除,帕斯卡十九歲時製造了一部計算機,可以加速計算。他父親對自己孩子的認識已經很深了,但是看到孩子造的這部、人類歷史上第一部的數值計算機(digital Calculator),還是嚇了一大跳;他又依樣造了幾部,拿到市面上去賣,很奇怪的,這麼好的東西竟然乏人問津。
帕斯卡二十三歲開始,由父親那裡接觸古代教父奧古斯丁的作品,知道「人得救是靠上帝的恩典,不是靠自己的掙扎與禁忌苦修」,而開始接觸信仰。他知道上帝不是屬於當時流行的偶像崇拜,思路清晰地寫道:「偶像的崇拜是人性的自貶。」那麼,如何認識上帝呢?起初帕斯卡認為「上帝是一種哲學上的概念」,漸漸地,他發現:「當我為所犯的罪而憂傷時,哲學不能安慰我,⋯⋯ 但是有上帝的人,即使知識不多,卻有安息。」
帕斯卡逐漸開始讀聖經。一天,他讀到詩篇一百一十九篇36 節:「求祢使我的心趨向祢的法度」,他發現無法認識上帝。他是自己先給上帝設限,必須讓上帝符合自己的理性,滿足自己的邏輯,才能產生信心。日後他在《默想錄》中寫道:「有人宣稱用理性證實後才能接受是真實的,但是我們能夠證實的事其實很少,例如:如何證明人知道自己有一天會死?如何證明明天太陽一定會再度升起?這種深入我們下意識的,就是一種說不出的信心。成為一個基督徒就是發現,自己有信心,因此把信心建立在真理的根基上。」這一段記述,在高舉理性過於一切的笛卡兒看來,更如針芒在背,因此更決意要打壓他。
生命中最珍貴的祕密
帕斯卡提出空氣壓力論,獲得實驗的成功,奠定了他在科學界的偉大貢獻,迫使笛卡兒與當時理性派(Rationlism)的哲學家,不得不隨夥在公開場合,給帕斯卡一些禮貌性的稱讚。但是他們在背後四處毀謗這個才二十幾歲的天才,說他是一個瘋子。因為天真的帕斯卡,竟在這些大人物面前說了一句不知天高地厚的話: 「假如這個世界都相信你,也不要太高興,因為這個世界是盲目的。」這句話讓這一批大人物回去氣得睡不著覺。
而後一六四七年到一六五四年期間,帕斯卡又發表真空研究,以及有關空氣重量、空氣密度、三角幾何等重要的發現。在一六五四年十一月二十三日晚上(也就是離帕斯卡憑信心接受耶穌基督的九年之後),在帕斯卡的生命中發生了一件非常關鍵的事,成為他一生中最珍貴的體驗。他沒有告訴任何人,只提到那天在讀聖經約翰福音第十七章時,第一次經歷到耶穌基督在他心裡。
他後來在《默想錄》中寫道:「對上帝的認知,是來自人心裡對上帝的感覺。這種感覺是出自於對耶穌基督的信心,而非邏輯。⋯⋯人類無法用理智證明上帝的存在,只有藉著耶穌基督。」他把約翰福音第十七章抄下來,縫在衣服裡面,一直到死了以後,才被人們發現。
經歷了耶穌給他帶來的重生,也帶來了笛卡兒一群人對他公開的辱罵與反對,說他是「徹底精神衰弱、神經錯亂的人,才會發出這種不合理性的囈語」。帕斯卡沒有答辯,他深知理性是上帝給人明理的工具,但是理性有其極限,過了極限,就是人的驕傲了。
理性與心靈
同一年,這位被攻擊是「神經錯亂」的帕斯卡,發表了非常有名的數學理論「機率論」(Probability)。這個理論已成為今日所有念理、工、商、生物、化學等學生必修的科目。
一六五六年以後,帕斯卡開始寫《默想錄》。這本「帕斯卡《默想錄》」,是用科學清楚的思維方式,描述內心對信仰感觸的纖細,用短詩寫出的文體,字句中含著清晰的理性與熾熱的心靈,在文學界更是一本稀有的瑰寶。文學家伏爾泰(Voltaire)說:「這是歷史上最好的詩集。」
帕斯卡死於一六六二年八月十九日,在短短的三十九年生涯中,給神學、科學與文學帶來永遠的貢獻。他終身未娶。死於胃潰瘍,死前非常痛苦,臨終前的一句話是:「我的上帝永遠沒有離開我。」
帕斯卡《默想錄》摘錄:
1. 上帝要改變人以前,必先改變人的意志。上帝以完全的愛幫助人,但是並不幫助人自己的意志。所以驕傲的人能夠謙卑,是上帝在人身上工作的第一步。
2. 我們經常會發現,把一件困難的事情做好,最後的一個方法是:在上帝面前,把事情放下來。
3. 真實的信仰是視人性為真實,虛假的信仰是視人性為虛幻。
4. 認識上帝卻不認識自己的罪惡,與認識自己的罪惡卻不認識上帝,二者同樣危險;因此,上帝必須向前者隱藏,向後者顯現。
5. 人是何等的虛空,為芝麻小事難過,又為芝麻小事快樂。
6. 智慧引導我們回轉像小孩。
7. 獲得權力的方式,如果是追隨眾人的喜好,而非公義的原則,那麼愈有權力的地方,就愈找不到正直的人。
8. 輿論不像權力能夠管理世界,但是輿論能夠監督權力。
9. 錯誤的敬虔是只要平安不要真理,或是只要真理不要愛。
10. 信仰偏差的兩大主因:經文過度拘泥字句,或萬事過度靈意解讀。
11. 一個人如果宣稱,對上帝必須理解清楚才能相信,那他將永遠無法有真正的信心。信仰有些地方,不是知道,而是內心深處對上帝的體會。
(張文亮譯)
1
帕斯卡
數 學 奇 才
清楚的理性、
熾熱的心
帕斯卡一生橫跨神學、科學與文學諸領域,
有人說他是大師裡的大師,
有人稱他是天才裡的天才。
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推薦序
科學大師系列〈數學篇〉新版序
我是一個經常不知道自己在做什麼的老師
寫作,對我有很多的好處。
我上課,一般收280個學生,
因為教室只能坐270個人,
剩下的人,就讓他們坐地上。
我有次在開學時,問多少學生讀過我的著作,
同學紛紛舉手,
竟然有七成、到八成,
原來,我是在對我的一群粉絲在上課,
難怪,我講什麼,
他們都鼓掌。
下課時,我還要給學生簽書,
怎麼簽不完?
學生說,有的是父母要代簽的,
有的是女友要代簽的,
有的是住隔壁的阿嬸要代簽的,
有的要送給未來的男友⋯⋯。
這是一個例子。
「老師,我可以與你談一談嗎?」他在門口,用英語問道。我抬頭看他,是張陌生的臉,他約三十多歲。「我教過你嗎?」我問道,他搖搖頭,說:「我讀過你的書, 想聽聽你的意見。」他是個外籍生。
他告訴我他有個異國女友,交往十多年,各分兩地。有天他發現女友的手機中,她與其他男生通訊。他詢問,她不肯交待那些男生是誰,他覺得被背叛,很受傷,想終止友誼。問我看法如何。
我聽了,將他罵了一頓:「一個男人與女友交往那麼久,沒有委身,卻要求對方對他忠實,你沒有權力要求對方。你是個爛人,她等你,實在浪費年日。」他聽了以後,默默地離開。
二年後,有個夜晚,我在街上走著,有兩個人從後面追上來,一直叫:「老師」。我停下來,是那個男生, 他說:「我聽你的話後,想一想,就搭飛機到我女友住的城巿,一見面就向她求婚。我們現在過著幸福、快樂的日子。謝謝你。」我點頭,微笑。身邊的女子,一直擦眼淚,用英文說:「謝謝。」
我說:「上帝祝福你們」,就轉身快步離開。這根本不是我做的,是主。
二○二○年二月
科學大師系列〈數學篇〉新版序
我是一個經常不知道自己在做什麼的老師
寫作,對我有很多的好處。
我上課,一般收280個學生,
因為教室只能坐270個人,
剩下的人,就讓他們坐地上。
我有次在開學時,問多少學生讀過我的著作,
同學紛紛舉手,
竟然有七成、到八成,
原來,我是在對我的一群粉絲在上課,
難怪,我講什麼,
他們都鼓掌。
下課時,我還要給學生簽書,
怎麼簽不完?
學生說,有的是父母要代簽的,
有的是女友要代簽的,
有的是住隔壁的阿嬸要代簽的,
有的要送給未來的男友⋯⋯。
這是一個例...
目錄
新版序 我是一個經常不知道自己在做什麼的老師……………001
第1章:帕斯卡…………………………………………………005
數學奇才
清楚的理性、熾熱的心
第2章:貝若…………………………………………………019
切線專家
鐵拳老師
第3章:歐拉…………………………………………………031
應用數學大師
飛越巔峰穿幽谷
第4章:傅立葉………………………………………………045
數學分析大師
在沙漠裡彈琴的人
第5章:柯西…………………………………………………055
數學大師
有一個科學武士叫苦瓜
第6章:哈彌爾頓……………………………………………071
語文與數學怪傑
愛至情深無怨尤
第7章:米契爾………………………………………………083
天文數學大師
看啊,星星!
第8章:史托克………………………………………………097
數學物理學大師
時光列車
第9章:埃爾米特……………………………………………111
代數幾何學家
數學成績最爛的數學大師
附錄……………………………………………………………123
新版序 我是一個經常不知道自己在做什麼的老師……………001
第1章:帕斯卡…………………………………………………005
數學奇才
清楚的理性、熾熱的心
第2章:貝若…………………………………………………019
切線專家
鐵拳老師
第3章:歐拉…………………………………………………031
應用數學大師
飛越巔峰穿幽谷
第4章:傅立葉………………………………………………045
數學分析大師
在沙漠裡彈琴的人
第5章:柯西…………………………………………………055
數學大師
有一個科學武士叫苦瓜
第6章:哈彌爾頓……………...
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