自然手记(008) 哪一只癞蛤蟆知道圆周率?

爸爸,为什么……

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问题有很多种,例如

人为什么不能做坏事?──这是道德的问题,
到底要投票给谁?──这是政治的问题,
感冒的时候能够吃泡面吗?──这是呆子的问题,
1加1等于2吗?──这是数学的问题,
买哪股基金比较好?──这是投资的问题,
少年耶,你走路没在看吗?──这是黑道的问题,
你问这问题,到底有没有问题?──这是辩论的问题,
亲爱的,你今天上早还要去喝豆浆?──这是夫妻的问题,
猪肉一斤多少钱?──这是买菜的问题,
苹果为什么要落下,不往天上飞?──这是科学的问题,
我是我吗?──这是哲学的问题,
你是你吗?──这是美容的问题,
他是他吗?──这是视力老花的问题。
但是,人走到大自然,看着满天的星星,
哇,好漂亮。这种发自内心的礼赞,
就是这门课要探讨的核心问题,
如何在大自然中看见美?

大自然里的协奏曲

人是很有趣的生物,总问一些有趣的问题。例如问银河系的某一颗行星怎么运转?虽然人可能永远到不了。问几万年前的化石怎么来?虽然时间的脚步再也唤不回来。人会想这些不切实际的问题,可能是人的思考系统中,被设定了一套密码,不时的就会对宇宙,发出问题的讯号。

宇宙是有趣的组合,不断给人一些询问的题材,例如太阳有升落,地球有四季,月亮有圆缺,潮汐有来去,风吹有定向,雨季有定期,生命的生、老、有定时……去观察、去听、去摸、去闻、去计算,让人去思考,使人去揣摩,重复性的意义。达文西(Leonard Da Vinci, 1452~1619)曾写道:「绘画来自大自然各种型态的了解……成为一流的艺术家,必须了解各种变化的差异性,单是人的移动就有许多的变化,加上动物、植物、花草,与泉水、河川、屋子、城市等,不只适合人使用,更是美好的装扮,添加美好的装饰与艺术,大自然是赋与一个艺术家最好的素材与恩惠。」在中世纪的欧洲,艺术与科学没有很大的分野,达文西经常左手作画,右手写批注,他的批注带着对自然现象的观察与科学性的认知,例如他的绘画人体的肺部结构时,写着他的想法:「假设人体的血液像是一个小池,肺部呼吸时的扩张与收缩,将给血液带来的影响,如同海洋潮汐,每隔六小时,规律性的来去,是否可以模拟地球的呼吸。」后来将这种达文西边画作大自然,边写下观察心得称为「图形式思考」(graphic thinking)。

鸡为什么没有自然科学课?

其他的生物,好像没有人类的这种本能。会不会有一只癞蛤蟆,忽然跳出水面说:「为什么圆周的周长与半径,存在一个3.14159…的比率呢?」然后就画一个圆?我们不知道癞蛤蟆的语言,不过在夏日的夜里,成群虾蟆在池边呼唤,呼叫只为交配,没有圆周率的韵味。我们也不知道会不会有一只鸡,在吃饲料时,忽然对其他的鸡大叫:「停!停!也许我们不应该再吃这种食物。这些食物只能增加我们的肥肉,不能加增我们的自然观察与思考。」然后鸡就画一张饲料图,并写下化学反应式,其他的鸡停止吃食,思考回到大自然的探索。不过炸鸡排的廉价,显出大概没有一只鸡会觉醒。要拯救鸡吗?不是禁售麦当劳的炸鸡块,而是「教鸡思考」吧!

达文西以观察、作画、学习自然科学,获得知识,并艺术创作同时启发,相互得彰。这种学习的方式一直传到十八、十九世纪。例如近代物理学之父牛顿(Isaac Newton, 1642~1727)在强风中向前跳跃,判断以相同的姿势与力量,逆着风化与顺着风化跳跃的落地距离差多少;近代化学之父,「原子质」的提出者道尔顿(John Dalton, 1766~1844)自制气压计。

热力学与热量之谜

当然,不是只有牛顿的运动定律,就能解释大自然所有的变化。例如,当一根木头燃烧时,会放出热量,最后变成灰烬,木头在改变,但是并没有像星球一样有运动,牛顿的运动定律在说明木头燃烧的现象上,是无能为力的,看来大自然的运动,不是一个定律可以涵括,就像我们的交通规则也有很多条,遇到红灯要停车,遇到绿灯要通行等,如果只有遇到红灯就停车这一条规则,不是所有路口都塞车吗?大自然也有好些定律。例如凯尔文(Kelvin,绝对温度K就是来自他的姓)就提出「热力学定律」,说明木头变成灰烬,是一种「乱度」(entropy)的增加,而反应的趋势都是往乱度增加的「方向」进行,所以灰烬的乱度比木头的乱度大,木头与灰烬之间乱度的差异,就成了燃烧时所释放的热量。

世界最伟大的化学工厂——一片叶子

水、二氧化碳与热量,又合成的木头,又有「植物」的叶子。叶子就是全世界最复杂的化工厂,上万个以上的蛋白质、酵素……进行无数的反应,才能把空气中的二氧化碳,土壤中的水与太阳照来的热量,合起来成为有机物。而这个贡献最大的化学反应,每天都静悄悄地在叶子里面进行。这是多么的奇妙的「光合作用」,也许听过有哪位诗人,歌颂过「啊!叶子!」。

当一个小女孩会问「为什么?」的时候,
是身为一个人神圣的一刻,
因为所有宝贵知识的起点,都是这里出来的——
爸爸,为什么我踩到同学的脚时,同学说会痛,
但是我踩到水时,水没有说会痛!」
我满脑的科学知识,却一时无法回答小女儿的问题,
用三岁小孩所能懂的用字去说明,
但那是我深受感动的一刻
小女孩开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
我需要那只名「胖彼得」的兔兔
这世界有太多、太多有趣的事情,值得你去发问。
你若能想到问题,
就会想到答案,
不然大自然已准备好了答案,
不是给大科学家的,
而是给一个三岁的小女孩
就像你那一天兴奋的对我说
「爸爸,为什么螃蟹的大脚丫,就是长那个样子」
「为什么呢?」我反问道。
「因为螃蟹玩『剪刀、石头、布』时喜欢出剪刀。」


编者注:当年河马教授那个三岁的小女儿,今年(2021年3月)结婚了:)

自然手記(007) 有一種魚經常不回家

各位女士、各位先生,我在此向你們介紹一個勇士的族類。

「各位女士、各位先生,我在此向你們介紹一個勇士的族類。自古以來,他們有縱橫廣大的帝國,橫跨歐、亞、非,與美洲大陸的海邊。很稀奇的,世界上的歷史課本都沒有提到這個大帝國。他們也有不少的外敵,卻以海洋為疆界的壕溝,以紅樹林為城牆。很可惜的,地理學仍然無法準確標示他們的疆界。這個勇士的族類就是……」我頓了一下,「是什麼呢?」學生們都側耳而聽。「彈塗魚。」我宣布答案道。

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自然手記(006) 大自然的芭蕾舞蹈家—蚊子

世界約有2500種蚊子,可怕的瘧疾、黃熱病都是蚊子傳播的。許多地方,每年都有防蚊、滅蚊的宣導。許多人眼中,蚊子實在可惡,以致很少有人寫文章歌頌蚊子。

Northern-house-mosquito-emergence-seen-below-water
Northern house mosquito emergence, seen below water.

親愛的女孩,
請不要穿太短的迷你裙,
因為,正確的穿著
是讓人注意你的人,
而非注意你某個特別的部位。
還有,不要去引誘,
蚊子前來。

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自然手記(005) 螞蟻的功夫與武學

我喜歡野外的螞蟻,在野外探勘看到牠們,常蹲下來看一陣子,看牠們將食物搬到那裡去,觀察牠們巢穴的微棲地環境。上帝以祂的創造,作為人認識上帝的教具,祂說:「懶惰人哪,你去察看螞蟻的動作,就可得智慧」(Go to the ant, thou sluggard; consider her ways, and be wise. – Proverbs 6:6)。

"The ants are a people not strong, yet they prepare their meat in the summer;" - Proverbs 30:25 (KJV)
“The ants are a people not strong, yet they prepare their meat in the summer;” – Proverbs 30:25 (KJV)

以社會學的觀點,
生物界,最像人的物種,
可能不是猩猩,不是猴子,
而是螞蟻。
螞蟻有複雜的社會分工,
為保衛疆界而戰爭,
為道路做路標,
為生存繁殖有建築、畜牧、種植。
螞蟻的大腦結構複雜,
有許多神經元,
如同人類,有條中樞神經,
連貫全身,支配行動。
但是,螞蟻有一個本領,
是許多人不具有,
就是能分辨「時機」。

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自然手記(004) 沙番的磐石進行曲

沙番是種非常有趣的動物,披著一身褐黃色的毛絨,長的胖嘟嘟的,體長約30公分,體重約4公斤。牠們外表有一點像兔子,但是耳朵很小;有一點像貓,但是尾巴短短;有一點像狗,但是小眼睛、小嘴巴。牠若對你說:「我是世界上最能在垂直岩壁上攀爬的高手。」你不要訝異這個胖傢伙在吹牛,飛岩走壁的高手,那有這副模樣?不過,牠講的正確。

Rock hyrax
“The conies are but a feeble folk, yet make they their houses in the rocks;”——Proverbs 30:26

那是一種
深深的期待
科學的教育,給人帶來對「美」的欣賞,
對上帝奇妙創造的感動,
即使是一隻小小的動物,
也能帶給人深刻的回響。

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