為什麼中國人對自然科學缺少好奇心

為什麼中國人對自然科學缺少好奇心

昨天電視中播放到我國二位剛飛上天的宇航員，如何在飛船艙內觀察蠶寶寶生活狀況，這樣的「試驗」，播放的目的是為了什麼？又連日來介紹宇航員在艙內生活狀況，他們成長背景等等瑣碎之事（過去已介紹過許多次了），對於增進中國觀眾了解科普知識到底起什麼作用，這些是不是都代表著人們的好奇心？還是僅僅說明國家花重金培養這些航天員不是白忙的，是不是證明他們的任務艱巨又繁重得很呢！

直到目前為止，央視播放出來的這類新聞，一點科普價值也沒有，特別是對於增強青少年對科學的好奇心、想像力不起任何教育作用。國民從這類宣傳中也收穫不了任何知識，人們普通對科普失去興趣，不了解這裡面的意義到底為了什麼。除了花錢如水來顯示國威、炫耀國力，其他都不重要。

我前不久談到中國宇航員上天就如同送幾個動物上天一樣，傳達不了任何有興趣的信息回來，他們不到艙外活動，不能拍攝艙外太空中的任何影象和圖片回來。例如在外太空中行走狀況，觀察地球、太陽、月亮和其他星球的景象，他們一切處於密室狀態、封閉狀態之中，十分被動。

拿現代中國人對天文學的興趣愛好去對比古代人，就明白了中國幾千年沒有建樹的其中原因之一，那就是，中國人自古以來普遍缺乏對科學的好奇心，對未知事物的探索興趣，人們不會提出千奇百怪的自然現象以及天文學問題，無人追問這些到底為什麼？人們普遍僵化的頭腦中，只有眼前生活的點點滴滴需要關心，這才是真正的興趣、真正有意義的事情要做！至於其他的都是科學家的事，或者更確切的來說，都是人家國家科學家的事。

比如說，怎樣計算地球與太陽和其他行星之間的距離？這個看似很簡單的問題，自古以來，中國從來沒有人提出來問為什麼，都要等待別人提供。即使現代人許多中國人未必會知道其中的原理和道理。

地球與太陽距離是怎樣計算出來的？沒有那麼長的尺子，太陽又是一個那麼熾熱的球體，誰能想出主意計算出來？

古希臘的思想家最早開始構想宇宙的模型，其中一個就是日地距離，當時科學家通過肉眼觀測來判斷太陽與我們的距離。比如日食時月亮幾乎將太陽完全覆蓋，通過視覺觀測與簡單計算來推測日地距離，但是太陽過於明亮，導致這樣的觀測計算存在較大的誤差。公元前2世紀中葉希臘天文學家開始用三角視差法觀測天體距離，即從兩個不同的角度觀測，首先應用的是地球與月球的距離，由於視差會形成三角形，通過三角函數能夠解出地球和月球之間的距離，但這個方法幾乎無法獲得真實值，因為如果角度估計有誤，在如此大的距離上誤差會成倍放大。

埃拉托色尼是古希臘著名的學者，他興趣廣泛在天文和地理學方面有著卓著的成就，被西方學術界尊稱為地理學之父，在頗有聲譽的亞歷山大圖書館擔任館長直到他去世為止。他對後世地理學的貢獻很多。埃拉托色尼不但第一次創立了地理學這個名詞，並使用它作為《地理學概論》這本書的書名。要推算出太陽到地球的距離，必須首先測量出地球的周長，那麼在兩千多年前沒有任何現代化工具的輔助下埃拉托色尼究竟是怎樣測量地球周長的呢？

埃拉托色尼怎樣測量地球周長的原理在他的著作《地球大小的修正》這本書中有詳細的論述，其實在埃拉托色尼以前，也曾有人試圖測量地球的周長。但他們缺乏理論基礎，因此得出的結果也不準確。埃拉托色尼想出辦法創新的運用天文學和地理學的知識，設想在夏至日分別在亞歷山大城和西恩納城同時觀察陽光直射的位置，然後測量出直立的建築物投射的影子的長短並且加以分析，從而得出測量地球周長的科學方法。這種方法比以前靠天文學觀察的方法準確很多。假設從地心深處引出兩條線分別指向西恩納城和亞歷山大城，按照數學上相似三角形的規律推算比例關係，他計算得到按照相似三角形的比例對比下來，埃拉托色尼測量出了陽光和直立物的夾角大約是七度，也就相當於三百六十度的五十分之一，西恩納到亞歷山大里亞的距離也就是地球周長的五十分之一，最終他得到的數據是39360公里，和現代測量的數據很是接近，這一發現不得不令人驚嘆！埃拉托色尼的這一成果在兩千多年前不但刷新了人們的認識，也為後世地理研究提供了方向。

到了17世紀之後，人類對天文學的認識開始起步，開普勒和牛頓的發現讓人們尋找到測量日地距離的一個新方法。真正採用近代方法計算日地距離是英國天文學家埃德蒙·哈雷（1656-1742年）提出來的。測量原理是把太陽與地球的距離a的測定，同太陽與一個小行星的距離a1的測定聯繫起來。具體步驟是：

1、測量a與a1的差，即a1-a。測量方法：當太陽與小行星在地球相反的兩側時，小行星與地球(嚴格說是地心)的距離就是a與a1的差，這時可以用觀測這個小行星的地平視差的方法測定這個距離 (月球與地球的距離最早就是用觀測地平視差的方法測量的) ；

2、測量a與a1的比，即a/a1。測量方法：根據開普勒定律，任意兩個天體與太陽距離之比的立方等於公轉周期之比的平方，只要測量出地球與這個小行星各自的公轉周期，就能算出a與a1之比；

3、知道了這個差值和比值，用解二元一次方程組的方法就能求出日地距離a。

1677年，21歲的哈雷對將要發生在1761年的金星凌日(即太陽、金星一地球剛好在一條直線上)作了預報，他明白，自己是無法活到84年後親自看到那年的金星凌日了。但哈雷相信，只要通過觀測金星凌日得到了金星的視直徑，並且知道金星的公轉周期，則太陽視差可以很容易地由開普勒第三定律推算出來，從而計算日地距離。

1761年，果然如哈雷所料，出現了金星凌日，但由於金星路徑太過接近太陽邊緣，無法精確測量，天文學家們只好相約8年後，1769 年的另一次金星凌日時再完成哈雷這樁壯志。1769 年5月23日，在歐洲天文學家與航行至塔希提島的庫克船長合作觀測下，終於得到精確的觀測資料。值得一提的是，當時英法兩國正在交戰，但為了完成這項歷史性的科學探測任務，法國政府特別下令海軍不但不得攻擊庫克船長的奮進號，還必須保護其航行安全。正是在這種國際合作之下，數百年來未解的「天文單位」才得以在這難得的天象機會下見諸於世人。

在金星凌日時，我們從南半球和北半球分別觀測，記錄金星在日面的投影，再進行計算，便可得到金星到地球的距離與兩個觀測點的直線距離之比，再計算，便得出地日距離。1771年，法國天文學家拉朗德就是根據這次珍貴的觀測資料，首次算出了地球與太陽間的距離大約為1.52億公里，與今日的測量值1.49597870691億公里甚為接近，約等於1.5億公里，天文學中把這個距離叫做一個「天文單位」(1AU)。

大家都知道地球圍繞太陽運動的軌道是橢圓軌道，這又是誰計算出來的呢？是法國著名的數學家埃爾米特，在1858年運用橢圓函數的原理首次得出五次方程的解，才以完成。先計算出地球赤道線自轉的線速度是1670千米/小時，地球赤道線自轉的線速度是0.463888889千米/秒，地球圍繞太陽運動的橢圓軌道的周長是1463.94751389萬（千米）。橢圓周長公式來自《關於橢圓長短半徑公式橢圓周率橢圓周長及面積公式的研討報告》中。最終計算出了地球距太陽心的橢圓半徑長距離是240.186268萬（千米），橢圓半徑短距離是220.323803萬（千米）。即地球表面距太陽表面的長距離就是，冬至和夏至地球距日心的距離。地球表面距太陽表面的短距離就是，春分和秋分地球距日心的距離。

而地月距離測量方法大致相同，不過背景就換成恆星背景，所以測量相對容易。基本上地球半徑一得出，地月距離就立即得出了。從三角視差法到了分光視差法，天體測量方法越來越先進。現代的日地距離是用雷達測地球和金星距離得出。即從地球上發出一束雷達波，打到金星上面，再從金星上反射回來。激光技術問世後，人們利用激光的方向性好，光束集中，單色性強等特點來測量月球的距離，測量精度可以達到厘米量級。20世紀初，光譜研究發現幾乎所有星系的都有紅移現象，所謂紅移是指觀測到的譜線的波長，用譜線紅移法可以測定遠達百億光年計的距離。

我還可以再舉出一個例子來，以說明中國人對自然科學的好奇心真的很匱乏——為什麼天空是藍色的？

當陽光從天空照射下來，它就會連續不斷地碰到無數障礙物——由空氣中很多很多微小的微粒組成，其中的大多數是氮氣、是氧氣，還有廢氣、煙霧、岩灰、水蒸氣，它們阻擋陽光的去路。光線從這些眾多的小「絆腳石」上彈回，並改變自己的方向：光線被散射出去，波長短的藍色光和紫色光比波長長的橙色、綠色、、黃色和紅色的光散射得多。所以我們覺得這些散射的光是藍色的——天藍色的。發現這一切的是英國物理學家和諾貝爾獎獲得者瑞利勛爵（1842年-1919年），他在1900年發現：當光線透過空氣偏離了它原來的直線方向時，光的波長不同，偏離的距離不同。這叫做「瑞利散射。為了要符合瑞利散射的要求，微粒的直徑必須遠小於入射波的波長，通常上界大約是波長的1/10（1-300 nm），此時散射光線的強度與入射光線波長的四次方成反比，也就是說，波長愈短，散射愈強。

再舉一個例子，為什麼海水是藍色的？我估計很少有人未必能正確回答出來，還以為天空是藍的，所以海水的藍色並不是什麼稀罕的事。但是，有一個印度人首先提出質疑，並解答出來。大氣本身是無色的。天空的藍色是大氣分子、冰晶、水滴等和陽光共同創作的圖景。水本身不吸收任何顏色的光，海水藍色從何而來？

1921年夏天，航行在地中海的客輪「納昆達」號上，有一位印度學者正在甲板上用簡易的光學儀器俯身對海面進行觀測。他對海水的深藍色著了迷，一心要研究海水顏色的來源。這位印度學者就是拉曼（1888——1970年）。他正在去英國的途中，是代表了印度的最高學府——加爾各答大學，到牛津參加英聯邦的大學會議，還準備去英國皇家學會發表演講。這時他才33歲。

事實上，他早在16歲（1904年）時，就已熟悉著名物理學家瑞利用分子散射中散射光強與波長四次方成反比的定律（也叫瑞利定律）對蔚藍色天空所作的解釋。不知道是由於從小就養成的對自然奧秘刨根問底的個性，還是由於研究光散射問題時查閱文獻中的深入思考，他注意到瑞利的一段話值得商榷，瑞利說：「深海的藍色並不是海水的顏色，只不過是天空藍色被海水反射所致。」瑞利對海水藍色的論述一直是拉曼關心的問題。他決心進行實地考察。

於是，拉曼在啟程去英國時，行裝里準備了一套實驗裝置：幾個尼科爾稜鏡、小望遠鏡、狹縫，甚至還有一片光柵。望遠鏡兩頭裝上尼科爾稜鏡當起偏器和檢偏器，隨時都可以進行實驗。他用尼科爾稜鏡觀察沿布儒斯特角從海面反射的光線，即可消去來自天空的藍光。這樣看到的光應該就是海水自身的顏色。結果證實，由此看到的是比天空還更深的藍色。他又用光柵分析海水的顏色，發現海水光譜的最大值比天空光譜的最大值更偏藍。可見，海水的顏色並非由天空顏色引起的，而是海水本身的一種性質。拉曼認為這一定是起因於水分子對光的散射。他在回程的輪船上寫了兩篇論文，討論這一現象，論文在中途停靠時先後寄往英國，發表在倫敦的兩家雜誌上。

當光照射到物質上時會發生散射，散射光中除了與激發光波長相同的彈性成分（瑞利散射）外，還有比激發光的波長長的和短的成分，後一現象統稱為拉曼效應。1930年諾貝爾物理學獎授予當時正在印度加爾各答大學工作的拉曼，以表彰他研究了光的散射和發現了以他的名字命名的定律。

拉曼抓住分子散射這一課題是很有眼力的。在他持續多年的努力中，顯然貫穿著一個思想，這就是：針對理論的薄弱環節，堅持不懈地進行基礎研究。從印度科學教育協會到拉曼研究所，在他的周圍總是不斷湧現著一批批賦有才華的學生和合作者。就以光散射這一課題統計，在三十年中間，前後就有66名學者從他的實驗室發表了377篇論文。科學界對他的發現給予很高的評價。拉曼是印度人民的驕傲，也為第三世界的科學家作出了榜樣，尤其是處於獨立前的印度，竟取得了如此突出的成就，實在令人欽佩。

為什麼中國人對自然科學的好奇心與別國不一樣？有人一定會說境遇不一樣。我認為是好奇心的目標不一樣，方向不一樣。中國人普遍只關心與已有關的事物，缺乏想像力，脫離抽象的事物越遠越好，越無須煩神費力，也無力煩神。

2016.1.27