#科技與人文

科技與人文的連結

林一平

牛頓(Isaac Newton；1643－1727)。林一平繪

交通大學向以理工見長，我八年前擔任交大副校長，受媒體邀訪問如何整合科技與人文，讓科技人有人文素養。訪問之前，我先反問訪者，如何定義人文及科技。訪者愣住，人文及科技的差異，不是一望而知嗎？我接下來問，牛頓（Isaac Newton；一六四三至一七二七）大部分的作品屬於人文或科學？訪者說，當然屬於科學。我再問，歌德（Johann Wolfgang von Goethe；一七四九至一八三二）屬於人文或科學？訪者說，當然屬於人文。

其實牛頓的宗教作品是科學著作的八倍，發展出統一世界各地年代的時間軸，對歷史的宗教研究方法有極大貢獻。而歌德則由於在人類的胚胎中發現頜間骨，聞名於世。這兩個例子說明人們主觀認定，將人的專長簡單劃分為科技或人文是值得商榷的。

即使我們強分科技與人文，也應了解，兩者是一體的兩面。例如老子哲學說：「道者，物之所由」，而牛頓的運動第二運動定律 F=ma，當中Ｆ是「力」，ｍ是「物」，而加速度ａ是「所由」，牛頓說的是：「力者，物之所由」。牛頓的物理觀念和老子的哲學想法很相近，不是嗎？又如《莊子》提到「一尺之極，日取其半，萬世不竭」，這正是牛頓發明微積分中的極限觀念。

每個人原本都能接受科技與人文的涵養，而在專業的訓練過程，被便宜行事的分類後，思考方式僵化，就無法兩者兼得了。那麼在理工大學如何讓學生能恢復或培養人文涵養？一般做法是要求學生選修通識課程。不過我的經驗，在通識課堂上還需要盡量舉例說故事，較易讓學生接受，若以學術論說方式教學，難以達到效果。

如何進一步連結學生的科技與人文涵養？我以苦思多年的心得，創造一個智慧美學的校園物聯網平台IoTtalk，讓學生發揮科技與人文的創意。如果科技是「真」，人文是「善」，則真與善都有呈現「美」的特質，自然可經由「美」來連結。例如利用我發展的IoTtalk物聯網技術在水池將噴泉和音樂結合，製造水舞的效果，增加花園的美感。工程背景的學生深入體會音樂的涵意，將之呈現於水流，很自然地增進其美學素養。

交通大學和德國後劇場（Post Theater）於二○一八年利用IoTtalk，聯合製作了六燃國際互動劇場，於新竹市「原日本海軍第六燃料廠 新竹支廠」舉行《無／非 紀念碑》（Nonuments）互動劇，從深厚的人文省思出發，以智慧科技融合劇場表演來進行對人的關懷，對歷史的探究，與國際社會對話。美學平台如何進一步發展充滿無限想像，我非常期待。

（作者為交大資工系終身講座教授、科技部前代理部長）

【一個在山坡上遇土石流滾滾而下的故事】

試想一個情景

你走在一個山坡上

突然發現山頂上土石挾帶著雨水

滾滾向下衝來

這時要保命

你會怎做？

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【該怎保命？】

1.邊回頭看，邊努力地往山下跑，希望跑在土石之前，不要被土石流沖到。

2.迅速往山體兩側橫的跑去，試著避開土石流行進的路線。

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【土石流只會更快】

如果你知道牛頓第二運動定律(加速度定律)

那你就會知道千萬不要跟著土石流「競跑」

因為你終究跑不贏土石流

(根據牛頓第二運動定律，山坡有多長，土石流速度就會發展有多快；但你不可能也無限發展變成音速小子@@)

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【知識帶給人們的好處】

「知識不對等」會帶給人們迥然不同的結果。

股市、期貨、選擇權交易也是一樣。

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第1類往山下直奔的朋友

他很努力地跑

但他最後終究被土石流淹沒

於是他怨嘆老天爺對他不公

為什麼他這麼努力地跑、這麼憨厚的幹

卻得不到相對應的回報？

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第2類往山體兩側橫向閃開土石流的朋友

因為他事先有學習、有知識

所以遇到問題時

他利用智慧躲開了危險

躲開危險的當下並不費力

但在這次遇到危險之前

他確實也曾經花心力努力地「學習知識」

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【同款的努力，不同款的內涵。】

兩類朋友一樣都曾「努力過」

但前者是努力地在老鼠圈裡奔跑

怎跑都跑不出圈圈

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後者不斷讓自己「知識升級」

甚至清楚知道「加速度定律」後

他還可以造火箭上太空！

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一位努力地跑，終究被土石流淹沒；

一位努力地學習知識，最後上外太空。

同樣是努力，方向要對、內涵要對。

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【精準學習】

上面這是我在<精準學習>這本書裡看到的一個例子

倘若你的學習不夠精準、不夠正確

哪怕你再努力

最後會發現不只是做白工，更到頭一場空。

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【推薦初衷】

推薦初衷非常清楚：

✔我們是要努力鍛鍊自己的肌耐力，然後跑贏土石流？

✔還是要學習正確的觀念知識，然後有效率地使用他？

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這樣說好了

當遇到「股市土石流」滾滾而來時...

你會選擇從容不迫地避開危險？

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點解我在大學讀物理時唔係咩教呢?

【廣義相對論的時空扭曲—真曲還是假曲？】

見到網上有個圖話日本有件衫，上面畫咗啲彎曲網格，可以平胸扮大胸，真係好搞笑，咁啱呢個概念同廣義相對論嘅時空扭曲同座標選取有好多相似之處，當然要攞黎講吓！

愛因斯坦的廣義相對論到底說甚麼？簡單來說，它是一個更重力理論（即牛頓的萬有引力），但它以時空扭曲的概念來代引力。相對論說在大質量的星體附近，時空被扭曲，就好像一個重球把橡皮墜彎了一樣 [1]。另一個星體在附近經過，便會因為扭曲的時空而走了彎路，這就解釋了兩個星體之間的引力（圖一）。

但其實觀察者的加速度一樣會造成類似重力的現象。舉日常生活的例子，如果升降機向上加速，裡面的人便會感受到有一股額外的力把他們拉向地下，他們身體好像變得比平時更為沉重。加速度好像能造成類似重力的效應 [2]。愛因斯坦認為，在足夠細小的時空中，加速度可以造成等價於重力的效應，我們完全無法分辦兩者，這種局部的等價稱為「等效原理」(Principle of Equivalence)，是廣義相對論的基礎。但如果我們宏觀地看，加速度造成的效應始終不同於重力，重力是物質造成的，隨距離變化，例如是太陽和地球也會產生重力，互相吸引，這肯定不是觀察者加速的結果。

物理上如何分辦真正的重力和加速度的效應呢？愛因斯坦認為關鍵在於時空的曲率。他提出著名的「愛因斯坦場方程」(Einstein’s field equations)，說明真正的重力是物質擁有的能量與動量產生的，它是重力的源頭，導致時空扭曲，使描述時空曲率的愛因斯坦張量不等於零（圖二）。

那麼加速的觀察者又怎樣？原來在廣義相對論中，不同運動狀態的觀察者相當於選取了不同的座標系統。即使空間中沒有重力源，即時空是平坦的，觀察者仍然可選擇不同的座標。靜止或勻速運動的觀察者大致相當於選擇了一個均勻的直線座標（圖三(a)），而加速的觀察者就大致相當於選擇了間隔不均勻的座標，在更一般的座標變換中，觀察者更可選擇彎曲的座標 [3]（圖三(b)）（平胸扮大胸 :p）。但不論選取的座標如何，當這些觀察者各自以自己的座標計算時空曲率時，就會發現時空曲率都同樣是零，因為他們身處的時空是平坦的，沒有重力源。

愛因斯坦場方程保證了不同的觀察者都能正確地描述重力的現象。雖然觀察者各自有自己的運動，相當於所選取的時空座標不同，因此量得事件發生的時間和位置都不一樣，但他們都能基於自己的座標，利用場方程去正確地描述重力的現象。

觀察者（座標）是相對，而物理（重力）是絕對的，因此物理真相與描述它的觀察者無關，把物理定律以一種數學形式表達，能適用於任何觀察者，這就是相對論的真諦。

附註：
[1] 當然，利用扭曲了的橡皮去說重力只是一個比喻，真正的時空扭曲必須以精確的數學（微分幾何）描述，所涉及的是三維空間及一維時間，而不是一個二維的橡皮表面。
[2] 讀過 DSE 物理的同學應該知道，如果升降機向上的加速度是 a，那麼在升降機中人感受到的體重便是 m(g+a) ，比起靜止時的真實體重 mg （地球引力導致）為大。
[3] 一般的座標變換其實非常廣範，例如觀察者有自由選擇一個彎曲的空間座標（例如是在平面上用極座標），或是用一個非線性的方式計算時間。

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