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最後一個無所不知的人——湯瑪斯·楊 250 歲冥誕

最後一個無所不知的人——湯瑪斯·楊 250 歲冥誕

最後一個無所不知的人——湯瑪斯·楊 250 歲冥誕

1773 年 6 月 13 日,湯瑪斯·楊 (Thomas Young) 出生於英國南部一個小鎮。他兩歲即能閱讀,六歲就把聖經從頭到尾讀完兩遍,並開始自學拉丁文,十四歲時已會十二種語言。他也靠自己研讀牛頓所著的《自然哲學的數學原理》與《光學》,以及拉瓦謝的《化學要論》;此外他還會自製顯微鏡與望遠鏡。

歷史上不乏楊這樣的天才兒童,但是能夠像他這樣一生跨足醫學、光學、力學、語言、音樂等完全不同的領域,而且還都能做出重要貢獻的人,恐怕就寥寥無幾了。

視覺

楊原本以行醫為職志,取得醫學博士學位後即以醫生為業。他從十八歲到二十八歲這十年間,發表許多關於視覺的重要論文,例如 1793 年解釋眼睛能看遠看近,是由於水晶體改變曲率來調節焦距;1801 年率先提出散光的現象,並主張眼睛有三種感光細胞,分別接收不同波長的色光,才綜合產生彩色的視覺。因此楊堪稱是生理光學的創始者。

湯瑪斯·楊於 1802 年發表視覺與光學的演講,1807 年集結出版,此為其中插圖。
圖片來源:Wikipedia

雙狹縫實驗

楊從研究彩色視覺進一步探討光的本質。當時主流思想是牛頓的粒子說,儘管與他同時代的惠更斯與虎克等人曾主張光是一種波,卻礙於牛頓的權威地位而被棄置一旁(註)。楊以一系列的實驗展示光的繞射、干涉等現象,證明光是一種波,其中 1803 年所做的實驗更是影響深遠。

他用不透光的紙遮住窗戶,只留個小孔讓光透進來,然後將很薄的卡片立在這束細光中間,從卡片兩旁通過的光投射到牆壁上,形成干涉條紋。光如果是粒子,不是通過卡片的左邊就是右邊,不會有干涉條紋,因此光顯然是波才對。

但畢竟粒子說已盛行百餘年,楊的實驗結果仍難以扭轉大家的觀念,不過十年之後,法國物理學家菲涅耳 (Augustin Fresnel) 跟隨楊的腳步,提出更明確的實驗結果與理論基礎,波動說終於逐漸獲得各界認同。

百年之後量子力學興起,揭櫫了其實光既是粒子也是波,而且楊的實驗經科學家改良為雙狹縫實驗後,發現電子、原子甚至分子等也會出現干涉現象,證實就連物質也具有波粒二象性。

光經過雙狹縫抵達屏幕後,形成明暗相間的干涉條紋。圖片來源:維基百科

雙狹縫實驗還有個奇特的觀測效應,一旦觀測光或粒子通過哪道狹縫,干涉現象就會消失,彷彿光和粒子知道有人在偷看就會改變行為似的。這不但佐證了哥本哈根詮釋(處於各種可能性疊加在一起的量子世界,直到進行觀測時才塌陷為一個確定狀態),甚至還衍伸出宛若顛覆因果關係的實驗結果。

羅塞塔石碑

羅塞塔石碑 (Rosetta Stone) 於 1799 年在埃及出土後,因為上面除了古埃及的象形文字,還刻有希臘文與當時平民書寫用的世俗體草書,學者們因此樂觀相信可經由互相比對,破解已失傳一千多年的古埃及象形文字。

保存於大英博物館的羅塞塔石碑。
圖片來源:筆者於 2022 年 6 月 7 日拍攝

然而多年過去,無數學者競相投入卻始終徒勞無功,直到 1819 年,楊發揮其語言天分,率先指認出碑上某一重複出現、有著外框的古埃及象形文字,其實是做為表音符號,代表「托勒密」(Ptolemy) 這個外來統治者的音譯(就像中文「牛頓」只是 Newton的音譯,跟牛並沒有關係)。

法國青年歷史學家商博良 (Jean-François Champollion) 受此啟發,辨認出與托勒密並列的另一人名,就是埃及豔后「克麗奧佩特拉」。商博良陸續又解出幾個象形符號,最後領悟出古埃及象形文並非中文般的表意符號,而是表音符號,才終於在 1822 年完全破解埃及象形文字。

除了這幾樣影響深遠的重大發現,楊還在材料力學、表面張力、血液流動、音樂的平均律等不同領域,也都作出後來以他為名的重要貢獻。2007 年出版的湯瑪斯·楊傳記,書名便叫《最後一個無所不知的人》(The Last Man Who Knew Everything);的確,隨著學科越分越細,現在已不可能再像他這樣橫跨各種領域。可惜這位曠世奇才未滿 56 歲,就因動脈粥狀硬化離開人世了。

註:微積分也是如此,儘管萊布尼茲的微積分體系較為簡明易懂,但英國卻一直使用牛頓艱澀複雜的版本,直到他死後才開始從善如流。

參考資料:

  1. Thomas Young (scientist) – Wikipedia
  2. 《破解古埃及》,Lesley Adkins 著,黃中憲 譯,貓頭鷹出版社

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