大自然手記>自然觀察的樂趣

哪一隻癩蛤蟆知道圓周率?


問題有很多種,例如
人為什麼不能做壞事?──這是道德的問題,
到底要投票給誰?──這是政治的問題,
感冒的時候能夠吃泡麵嗎?──這是呆子的問題,
1加1等於2嗎?──這是數學的問題,
買哪股基金比較好?──這是投資的問題,
少年耶,你走路沒在看嗎?──這是黑道的問題,
你問這問題,到底有沒有問題?──這是辯論的問題,
親愛的,你今天上早還要去喝豆漿?──這是夫妻的問題,
豬肉一斤多少錢?──這是買菜的問題,
蘋果為什麼要落下,不往天上飛?──這是科學的問題,
我是我嗎?──這是哲學的問題,
你是你嗎?──這是美容的問題,
他是他嗎?──這是視力老花的問題。
但是,人走到大自然,看著滿天的星星,
哇,好漂亮。這種發自內心的禮讚,
就是這門課要探討的核心問題,
如何在大自然中看見美?


大自然裡的協奏曲
人是很有趣的生物,總問一些有趣的問題。例如問銀河系的某一顆行星怎麼運轉?雖然人可能永遠到不了。問幾萬年前的化石怎麼來?雖然時間的腳步再也喚不回來。人會想這些不切實際的問題,可能是人的思考系統中,被設定了一套密碼,不時的就會對宇宙,發出問題的訊號。

宇宙是有趣的組合,不斷給人一些詢問的題材,例如太陽有升落,地球有四季,月亮有圓缺,潮汐有來去,風吹有定向,雨季有定期,生命的生、老、有定時……去觀察、去聽、去摸、去聞、去計算,讓人去思考,使人去揣摩,重覆性的意義。達文西(Leonard Da Vinci, 1452~1619)曾寫道:「繪畫來自大自然各種型態的瞭解……成為一流的藝術家,必須瞭解各種變化的差異性,單是人的移動就有許多的變化,加上動物、植物、花草,與泉水、河川、屋子、城市等,不祇適合人使用,更是美好的裝扮,添加美好的裝飾,與藝術,大自然是賦與一個藝術家最好的素材與恩惠。」[1]在中世紀的歐洲,藝術與科學沒有很大的分野,達文西經常左手作畫,右手寫註解,他的註解帶著對自然現象的觀察與科學性的認知,例如他的繪畫人體的肺部結構時,寫著他的想法:「假設人體的血液像是一個小池,肺部呼吸時的擴張與收縮,將給血液帶來的影響,如同海洋潮汐,每隔六小時,規律性的來去,是否可以類比地球的呼吸。」[2]後來將這種達文西邊畫作大自然,邊寫下觀察心得稱為「圖形式思考」(graphic thinking)。

雞為什麼沒有自然科學課?
其他的生物,好像沒有人類的這種本能。會不會有一隻癩蛤蟆,忽然跳出水面說:「為什麼圓周的周長與半徑,存在一個3.14159…的比率呢?」,然後就畫一個圓?我們不知道癩蛤蟆的語言,不過在夏日的夜裡,成群蝦蟆在池邊呼喚,呼叫只為交配,沒有圓周率的韻味。我們也不知道會不會有一隻雞,在吃飼料時,忽然對其他的雞大叫:「停!停!也許我們不應該再吃這種食物。這些食物只能增加我們的肥肉,不能加增我們的自然觀察與思考。」然後雞就畫一張飼料圖,並寫下化學反應式,其他的雞停止吃食,思考回到大自然的探索。不過炸雞排的廉價,顯出大概沒有一隻雞會覺醒。要拯救雞嗎?不是禁售麥當勞的炸雞塊,而是「教雞思考」吧!

達文西以觀察、作畫、學習自然科學,獲得知識,並藝術創作同時啟發,相互得彰。這種學習的方式一直傳到十八、十九世紀。例如近代物理學之父牛頓(Isaac Newton, 1642~1727)在強風中向前跳躍,判斷以相同的姿勢與力量,逆著風化與順著風化跳躍的落地距離差多少。[5]近代化學之父,「原子質」的提出者道爾頓(John Dalton, 1766~1844)自製氣壓計。

熱力學與熱量之謎
當然,不是只有牛頓的運動定律,就能解釋大自然所有的變化。例如,當一根木頭燃燒時,會放出熱量,最後變成灰燼,木頭在改變,但是並沒有像星球一樣有運動,牛頓的運動定律在說明木頭燃燒的現象上,是無能為力的,看來大自然的運動,不是一個定律可以涵括,就像我們的交通規則也有很多條,遇到紅燈要停車,遇到綠燈要通行等,如果只有遇到紅燈就停車這一條規則,不是所有路口都塞車嗎?大自然也有好些定律。例如凱爾文(Kelvin,絕對溫度K就是來自他的姓)就提出「熱力學定律」,說明木頭變成灰燼,是一種「亂度」(entropy)的增加,而反應的趨勢都是往亂度增加的「方向」進行,所以灰燼的亂度比木頭的亂度大,木頭與灰燼之間亂度的差異,就成了燃燒時所釋放的熱量。

世界最偉大的化學工廠——一片葉子
水、二氧化碳與熱量,又合成的木頭,又有「植物」的葉子。葉子就是全世界最複雜的化工廠,上萬個以上的蛋白質、酵素…進行無數的反應,才能把空氣中的二氧化碳,土壤中的水與太陽照來的熱量,合起來成為有機物。而這個貢獻最大的化學反應,每天都靜悄悄地在葉子裡面進行。這是多麼的奇妙的「光合作用」,也許聽過有那位詩人,歌頌過「啊!葉子!」。
  
  當一個小女孩會問「為什麼?」的時候,
  是身為一個人神聖的一刻,
  因為所有寶貴知識的起點,都是這裡出來的
  「爸爸,為什麼我踩到同學的腳時,同學說會痛,
    但是我踩到水時,水沒有說會痛!」
  我滿腦的科學知識,卻一時無法回答小女兒的問題,
  用三歲小孩所能懂的用字去說明,
  但那是我深受感動的一刻
  小女孩開始想去探索周遭的世界,
  不是只活在我需要喝奶奶
       我需要有人抱抱
       我需要那隻名「胖彼得」的兔兔
  這世界有太多、太多有趣的事情,值得妳去發問。
  妳若能想到問題,
  就會想到答案,
  不然大自然已準備好了答案,
  不是給大科學家的,
  而是給一個三歲的小女孩
  就像妳那一天興奮的對我說
  「爸爸,為什麼螃蟹的大腳丫,就是長那個樣子」
  「為什麼呢?」我反問道。
  「因為螃蟹玩『剪刀、石頭、布』時喜歡出剪刀。」

Go top