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尋找外星文明的人

在夜空下仰望繁星若塵，除了讚嘆宇宙之浩瀚，不免也會猜想某個遙遠的星系是否也存在著其他智慧生物吧？ 這個念頭在以往只能是不著邊際的幻想，直到美國天文學家德雷克 (Frank Drake) 積極倡導，才落實為嚴肅的實際計畫。但就在昨夜 (9 月 2 日)，這位推動以科學方法尋找外星文明的第一人溘然長逝了。 德雷克於 1930 年出生在芝加哥，八歲時父親告訴他太陽系還有許多行星，他不禁幻想更遙遠的星系中，或許也有類似地球的行星，上面住著和我們一樣有房子、車子的外星人。這個幼時的幻想像個幼苗在他心中紮根，到了康乃爾大學又更佳堅定。由於他參加了海軍預備軍官培訓計畫，因此大學一畢業就到海軍軍艦上當通訊官，直到 1955 年退役後，進入哈佛大學研究所攻讀無線電天文學。 德雷克於 1958 年取得博士學位後，隨即到「國家無線電天文觀測站」任職，兩年後，他將無線電望遠鏡對準 12 光年外，位於鯨魚座的天倉五，以及 10.5 光年外，位於波江座的天苑四，搜尋是否有值得注意的特殊訊號。這個原為「奧茲瑪計畫」(Project Ozma, 名稱取自《綠野仙蹤》中的奧茲瑪女王) 便是後來「搜尋地外文明計劃」(Search for ExtraTerrestrial Intelligence，簡稱SETI) 的濫觴。 1961 年，德雷克召開首屆 SETI 研討會，會中提出了著名的「德雷克公式」，用以估算我們有機會以無線電波接觸到的外星文明數量： N = R* x fp x ne x…

關於拉塞福，你不知道的二三事

今天 (8/30) 是拉塞福 (Ernest Rutherford) 的生日，他最有名的成就就是用 α 粒子（氦原子核）轟炸非常薄的金箔，結果發現有些 α 粒子竟然反彈回來，才大膽推翻業師湯姆森的「梅子布丁模型」，改提出「行星模型」，主張原子絕大部分的質量都集中在帶正電的原子核，電子則像行星繞著太陽一樣繞著原子核轉。 我們在課本裡學到的大概就這樣，但其實拉塞福還有很多成就以及軼聞，你可能都不知道……。 ——他不但在紐西蘭出生長大，也是在那裏念完碩士，才於 1895 年到英國劍橋大學的卡文迪許實驗室 (Cavendish Laboratory)，跟隨湯姆森做研究，成為第一位不是劍橋畢業的「異類」。 ——拉塞福於 1908 年獲頒諾貝爾化學獎，並不是因為發現原子核，而是因為放射性元素會衰變成另一種元素的研究。當 1901 年，他的助手索迪 (Frederick Soddy) 興沖沖地用蛻變（transmutation）這個詞描述這個發現時，拉塞福馬上糾正他說：「看在上帝的份上，不要叫它『蛻變』吧！他們會把我們當成煉金術士砍頭的。」 ——對於自己獲得諾貝爾化學獎，拉塞福有一點不開心，因為他希望拿到的是物理獎。他曾說：「除了物理，其它科學不過是集郵。」(All science is either physics or stamp collecting.) ——1905 年，拉塞福於根據半衰期，算出一塊岩石樣本已有五億年歷史，打破當時普遍認為地球年紀只有數千萬年的迷思，也為達爾文的演化論增加可信度。 ——拉塞福是在 1909 年做金箔實驗，但因為大角度反彈的粒子數是八千分之一，考慮實驗可能誤差，並未馬上發表，直到 1911 年，他才確認實驗的可靠性。剛好湯姆森的另一位學生發表正電物質均勻分布於原子內的實驗，拉塞福便藉由駁斥這個實驗而公布金箔實驗結果與他的原子模型。 ——身為粒子物理的宗師，拉塞福對於核能還是看走眼了。他曾在…

開啟量子電動力學的人

我在前一篇〈測量地球質量的人〉中，介紹了和《非常律師禹英禑》的女主角一樣是自閉症患者的卡文迪許。除了他之外，英國物理學家狄拉克 (Paul Dirac) 雖然沒那麼嚴重，卻也非常怪異，和禹英禑一樣，完全無法理解弦外之音，只能以邏輯來解讀字面上的意義。禹英禑在最後一集中說自己像是混入了白鯨群裡的一角鯨，奇特又古怪；這個比喻也相當適合這位波耳口中「擁有最純淨的靈魂的物理學家」。 出生於 1902 年的狄拉克不像其他幾位著名的科學家那麼家喻戶曉，卻也是天才型的學者，為量子力學奠定重要的理論基礎。有一張最有名的物理學家大合照，被譽為史上含金量最高或智商總和最高，那是攝於 1927 年的索爾維會議 (Solvay Conference)，參加的都是當時最重要的物理學家，包括愛因斯坦、薛丁格、波耳、海森堡、……等人，可類比於金庸武俠小說中華山論劍。其中最年輕的，正是前一年剛取得物理博士、才 25 歲的狄拉克。 1928年，狄拉克進一步將薛丁格方程式結合狹義相對論，提出狄拉克方程式，一舉解決原本量子力學無法解釋高速電子的問題，開創了量子電動力學。而且他的方程式還預言了反物質的存在，這在當時是匪夷所思的，沒想到美國物理學家安德森 (Carl Anderson) 果然於1932年發現電子的反物質──正子。第二年，狄拉克便與薛丁格共同獲頒諾貝爾物理獎。 當然，歷史上不乏英雄出少年的例子，但狄拉克這個人卻是個異數。其實他私底下就像一般的科宅，熱愛間諜小說和推理小說，喜歡看米老鼠卡通，還是女歌星雪兒 (Cher) 的粉絲。但當與人相處時就顯得格格不入，例如： 狄拉克後來成為維格納的妹夫。原來維格納的妹妹瑪爾吉特 (Margit Wigner) 剛離婚不久後，於 1934 年從匈牙利來普林斯頓找哥哥，因而認識狄拉克。其實瑪爾吉特和狄拉克是截然不同的人，狄拉克孤僻內向、沉默寡言，她卻是活潑外向、熱情健談，對科學又一無所知。不過瑪爾吉特就是喜歡上狄拉克，她回歐洲後每隔幾天就寫封長長的信給他，但狄拉克卻每隔幾週才回一封寥寥數語的信。有一次她抱怨他都沒有回答她信中的諸多提問，狄拉克的回應是畫張表格列出所有問題，然後像考試般一一作答，例如她問：「你對我到底有沒有感覺？」他只寫下：「有，一些。」 儘管狄拉克在信中向瑪爾吉特坦承自己向來沒什麼情緒感受，更沒有愛的感覺，生活重心只在追求客觀真理，但隨著書信往返，狄拉克冰冷的心似乎開始融化。1935 年 8 月，狄拉克從莫斯科要回英國的途中，特地前往布達佩斯找瑪爾吉特，當他回到劍橋後立刻寫信給她說：「離開你時我很難過，我到現在都還非常想念你。我不明白為什麼會這樣，通常我離開別人時都不會想他們的。」 1937 年元月，瑪爾吉特帶著與前夫所生的兩個孩子，和狄拉克結婚；他們一直住在英國，直到1969年狄拉克自劍橋大學退休後，才搬到美國。瑪爾吉特與狄拉克相異之處反而像塊拼圖補足他的不齊，若按狄拉克同事的說法：讓他更像一個人。事實上，狄拉克結婚一年後有次出差，寫給瑪爾吉特的信中便有這麼幾句：「……。你讓我的生活產生奇妙的改變。你讓我更像個人。我感覺如果我能讓你快樂，其它什麼都不做，生活對我而言更值得活下去。」 他們兩人白頭偕老，直到狄拉克於 1984 年以 82 歲高齡過世，瑪爾吉特則活到 2002 年，死後與狄拉克葬在一起。 參考資料：

測量地球質量的人——他也是自閉症患者

自閉症類群障礙 韓劇《非常律師禹英禑》第一季風光落幕了，這齣以自閉症患者為女主角的影集相當受到歡迎，其中天真無邪的女主角禹英禑雖然有自閉症類群障礙 (autism spectrum disorders，簡稱ASD)，卻同時有驚人記憶力與超乎常人的思考，更是受到大家喜愛。雖然禹英禑是虛構的人物，但實際上的確有些自閉症患者有著非凡的成就，英國物理學家卡文迪許 (Henry Cavendish) 就是一個例子。 卡文迪許於 1731 年 10 月 10 日出生在一個貴族世家，當時還沒有自閉症這個病名，所以他並沒有經過臨床診斷，不過從他的行為來看，的確非常符合 ASD 的特徵，例如： 「他靦腆又害臊，跡近病態。當他不得不忍受與人接觸時，經常撇開眼神望向一旁，一旦受不了還會衝到室外去。有時候他來到門外，一見室內人群擁擠，就會渾身僵硬地站住，完全沒辦法踏入門內。……，散步時，他總是在同一個時間走在同一條路線上，而且會走在路中間，以免偶然碰到別人。」 「為了避免和他的女管家接觸，他總是在上床休息之前，寫下指示擺在桌上，……。他晚餐老是吃相同的食物：一塊羊腿。」（註1） 科學成就 那麼卡文迪許有那些成就？在化學方面，他發現了氫，並指出氫是一種元素，和氧反應會生成水，兩者的比例是 2 : 1。他還發現空氣中氮氣和氧氣的比例是 4: 1，而動物呼出來的氣體是二氧化碳。（註2）在物理方面，卡文迪許其實更早發現歐姆定律與庫倫定律，但生前一直未公開發表，直到 1879 年，馬克士威才發現卡文迪許早在百年之前，就在筆記本中寫下這兩項電學的發現。 事實上，卡文迪許從 1760 年獲選為英國皇家學會的會員，到 1810 年過世這五十年間都沈浸於科學研究中，卻由於社交障礙以及要求完美的個性，所發表的論文不到二十篇。如果他按一般標準發表論文，很多科學名詞可能都要改以他的姓氏命名。當然，他或許不會在意，而且他所發表的一篇論文就足以名垂千史，那就是關於地球質量的實驗。 怎麼估算地球密度？ 二千二百多年前的一個夏至，古希臘學者埃拉托斯塞尼 (Eratosthenes, 276 BC－194 BC) 利用兩地正午時，太陽投影角度的差異推算出地球周長，誤差只有…

一位不斷在 NASA 打破玻璃天花板的女性

之前寫過幾位在 60 年代，靠著自身能力與堅強意志，在性別歧視仍相當明顯的 NASA 出人頭地的女性，例如她的故事曾拍成電影《關鍵少數》的凱薩琳．強森 (Katherine Johnson)、喜劇演員傑克的媽媽茱蒂．寇恩 (Judith Love Cohen) 以及拯救登月任務的瑪格麗特．漢密爾頓 (Margaret Hamilton)。現在要介紹的這位喬安．摩根 (JoAnn Morgan)，更是一而再、再而三地打破女性的玻璃天花板。 先來看看這張照片，這是 1969 年 7 月 16 日阿波羅 11 號發射升空時，在甘迺迪太空中心的發射室 (firing room) 拍攝的（火箭升空後才由休士頓的任務控制中心接管），四天之後，人類首度踏上月球。這張照乍看之下清一色都是白人男性，但其實其中有位女性，你能找到嗎？ 像「在海灘看煙火」 很難吧？如果你還沒找到，她在第三排控制台的中間位置，那就是喬安摩根，第一位在發射室中參與火箭升空任務的女性。 喬安本姓哈丁 (Hardin)，1940 年出生於阿拉巴馬州，雖然從小喜歡數學、科學，但更愛音樂，原本立志長大後要當鋼琴老師。不過高中時，因為擔任飛行員的父親調來佛羅里達州的火箭基地，便舉家從阿拉巴馬州搬遷到基地附近，喬安原本的人生志向也因此改變了。 喬安轉學後的高中就和火箭發射台隔著一條河，她在學校偶而便看到對岸的火箭發射升空（當時主要是飛彈測試），不過這並未激起她的太空夢。她日後回憶當年起初還感到新奇有趣，像「在海灘看煙火」，但後來就只覺得是轟隆作響的背景噪音。 1957年10月，蘇聯率先發射第一顆人造衛星「史普尼克一號」（Sputnik 1），美國趕緊也在1958年1月發射人造衛星「探險者一號」(Explorer 1)。探險者一號不僅是為了不在太空競賽中落後，裡面也搭載科學儀器，證實了范艾倫輻射帶（來自太陽的帶電粒子在此被地球磁場捕獲）的存在。 這是人類第一次在太空所做的科學發現，也觸動了喬安的內心深處。她告訴自己：「這是事關我們這顆星球上每個人的深刻知識。這是項重大發現，我也要成為這個團隊的一員。」她的人生志向因此才徹底改變。 不久後她看到陸軍彈道飛彈署的徵才廣告，其中有兩個工程師助理的實習生名額。數學和科學本是她的強項，於是她順利在1958年高中畢業後成為實習生。過沒多久，美國航空暨太空總署正式掛牌運作，陸軍彈道飛彈署也於當年10月併入，喬安因此開啟她在NASA 的生涯。 喬安進入佛羅里達大學數學系就讀，還修了計算機的課程。她在NASA的表現很快獲得主管注意，甘迺迪太空中心主任德布斯（Kurt…