102學年度第二學期「生活·生涯·生命」 台師大2014, 0318

Department of Chemistry National Taiwan University

jtchen@ntu.edu.tw http://case.ntu.edu.tw

國立臺灣大學 科學教育發展中心

化學系 陳 竹 亭

科學觀點與近代文明— 兼談社會專業價值

98年9月17日 為什麼一群高學歷的人會在一起做很笨的事？

集體智慧究竟是如何發生，如何成為社會共識？

假

What makes knowledge authentic？

1 知識如何獲得? 2 獲得知識的過程如何影響社會? 3 如何的知才算真知? 4 對於不知道的事物的態度?

人類能看多遠？

人類對自己與週遭世界的認知與其他生物有什麼差別？

這個繽紛的世界究竟是如何形成的?

繽紛的生命

希臘的伊卡午斯 在披著蠟羽淒美的墜落之前，或許已經體會了九霄之上疾疾鷹眼中的無垠地界

人類對自然的震懾、敬畏、好奇與探索的慾望，東西古今皆然。但是近代西方科學的發展在人類文明史中，仍然是一個異數。

在法國的洞窟中，兩萬年前的先民早在穴壁上手繪了草原上奔馳的獸群之美 巴比倫的君王以碩高的城牆宮庭及金碧輝煌的空中花園展示了人類巧奪天工的建築能力；而古埃及與印加帝國的金字塔則不約而同且更上層樓的表現了人類能洞燭抽象幾何之美的獨特天賦。

Caves of Forgotten Dreams Art is to remember!

人類最早將理性的抽像哲思指向宇宙和大自然，並且將論理訴諸文字，並在學院中講授，是源自西元前七世紀至五世紀的愛奧尼亞(Ionia)，就是當今愛琴海東邊的土耳其西部沿海的區域。

Thales 624-548 BCE

單一元素說是人類的文字紀錄中首次企圖嘗試對世界的多樣性提出理性的說明

米利都的泰利斯喜歡在山間漫步，他住意到有石頭中嵌著貝殼化石，醒悟到山丘曾是滄海，就推論世界出於水，「水」 是萬物之源，是構成萬物的基本元素

泰利斯也是歷史記載最早曾將數學系統整理出邏輯架構的人。

氣度決定高度，高度決定態度。這正是古諺所謂：士先器識，而後文藝。

能見旁人之所不見，名人所不明，提出超群的觀點正是開創新知的第一步。

Pythagoras of Samos 570-495BCE 真正有名的是畢達格拉斯 和歐基里德 畢達格拉斯的學說多記在歐基

里德(~300BCE)十三卷的幾何原本(Elements)中。 幾何原本記載了四百多個定理，環環相扣，其嚴苛的邏輯程序及抽象推理，科學實在是一種違背或脫離生活常規的新的思考方式。

文字、技術、科學、藝術都不是人與生俱來的本事，必需學而能之。

Leucippus first half of 5th century BCE

Democritus 460-370 BCE

留基伯問： 物質是分離的還是連續的？ 他還發展出原子的概念，認為世界是由不可分割的粒子所組成

德謨克里特主張世界存有無數不斷運動的原子 ，原子的形狀、大小、重量、熱度都各不同。。

世界是由原子不斷組合的結果

亞里斯多德是柏拉圖的學生，亞歷山大與托勒密的老師，承襲了蘇格拉底的分析方法，天縱英明，是全方位的自然哲學之子

Aristotle 384-322 BCE

Claudius Ptolemaeus (about 85~165 BC) 托勒密 地球中心說

by Johannes de Armsshein – Ulm 1482

埃及的亞力山卓圖書館在第三世紀是世界最大的圖書館

人類對知識的追求雖然並未終止，錯誤的觀念卻使得鍊金術對科學不得其門而入

亞力山卓港可能曾是人類古文明史上最偉大的學習中心，館藏的卷軸紙草逾萬卷。 鍊金術就在這種與巫術、星象、醫藥、工技…等龍蛇混雜的環境中蒙著帕子踽踽蹣跚而行

地動說

Nicolaus Copernicus (1473~1543)

Galileo Galilei (1564~1642)

Johannes Kepler (1571 – 1630)

Nicolaus Copernicus (1473~1543)

Io Ganymade Europa Callisto

第一眼看上去認為不可能的事，有時僅用少許理性的分析或解釋 ，就可把遮蔽的掩飾除去，顯露簡單赤裸的真理之美

除了日新說，伽利略主張若不對物體施力，物體就會維持等速運動的觀點。物體下落是因為地球有重力。

phnomena applications

theory

驗證

驗證 驗證

近代西方科學的要素

現象界 應用界

理論界

近代科學最出色的成就之一 就是非常有效率的發現日常想法中的誤謬

我們是獨一無二的天之驕子嗎 這個宇宙中還有誰能夠以這樣的角度觀看地球呢？

SCOPE

The Hubble Space Telescope (HST) was carried into orbit in 1990. It is named after the astronomer Edwin Hubble.

科學的視野讓我們打開一扇認識大自然的窗口!

為什麼近代啟蒙運動會發生在歐洲

“It is the marriage of the soul with Nature that makes the intellect fruitful and gives birth to imagination.”

Henry David Thoreau 1817-1862

For myself, I found that I was fitted for nothing so well as for the study of Truth; as having a mind nimble and versatile enough to catch the resemblances of things … and at the same time steady enough to fix and distinguish their subtler differences; as being gifted by nature with desire to seek, patience to doubt, fondness to meditate, slowness to assert, readiness to consider, carefulness to dispose and set in order; and as being a man that neither affects what is new nor admires what is old, and that hates every kind of imposture. (1605)

至於我，沒有比尋求真理更適合我的工作。有足夠敏感廣識的心靈，能看穿萬物的同；足夠堅定穩固的心志，分辨萬物細微的異；以上蒼賦與的探索慾望，以堅毅的懷疑，喜愛靜思冥想，不急於定論，隨時思考，謹慎取捨，不固守舊習，也不盲從於新奇，且立志憎惡虛假

法蘭西斯培根— 科學方法的先驅 (1561-1626)

Mathematics Mechanics Electromagnetic wave Quantum Photon

Max Karl Ernst Ludwig Planck, FRS 1858 –1947Lu (Lewis Caroll)1865

Albert Einstein

Sir Isaac Newton 1642 –1727

James Clerk Maxwell FRS 1831 – 1879

Ludwig Eduard Boltzmann 1844 – 1906)

http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2004/25/

我們目前的宇宙有109個星系（galaxy）

每個星系約有1011個恆星

"The most incomprehensible thing about the universe is that it is comprehensible"

from "Physics and Reality"(1936),

Diagram of a louse from Hooke's Micrographia

http://en.wikipedia.org/wiki/Robert_Hooke

Hooke's drawing of a flea by seeing with his microscope

What does a microscopic view

mean to you?

我們多采多姿的多樣世界，是由眼睛看不到的微觀物質組構而成，這就是一個令人驚喜的洞見。

教化學不能讓學生有此感受，就算白教了！

當艾麗思進入了一個 與熟知的直觀不合 又違背常理的世界…..

Alice's Adventures in Wonderland Charles Lutwidge Dodgson (Lewis Caroll)1865

When Alice falls into an unfamiliar sensible world

103 100 10-2 10-4 10-6 10-9 10-15

公里 公尺 毫米 微米 奈米 皮米 飛米 Km m mm µm nm pm fm

人之身高

一元硬幣

紙頭張髮 厚直 度徑

細細積 體 電

胞菌路

奈 分米 科 技 子

原 子

原 子 核

微觀的世界正是我們的兔子洞，，卻是科學家的Fantacy

空間的尺度 Chemists Wonderland

Dmitri Mendeleev 1834-1907

John Dalton (1766-1844) 近代化學之父

安東尼 拉瓦節 Antoine Lavoisier 1743-1794

Robert Boyle (1627-1691)

Avogadro 1776-1856

Elements Conservation of Mass Atoms Molecules Theory vs. Operations

萬象世界的特性

資訊 物質

能量

結構 活性

物理是從萬象中尋其一理 化學是從一理中究其萬象

水分子

液態水 冰

甲烷 methane

氨 ammonia

進入分子的世界

雙螺旋的 遺傳密碼 分子生物學

DNA 的模型 10~100 nm

生命的世界 化學資訊的傳遞

文章的要素不外乎字彙、語詞、句子結合而成，不同的文章，甚至是詩詞歌賦不僅是遣詞用字的差異，文體結構也有根本的區別。所謂大塊假我以文章，就文學家而言，對大自然的認識是以文章的形式呈現，對化學家而言，原子是大自然的字母，分子則是字辭語彙，每一個分子都是由原子組成，卻已註記了特定意義的內涵，再組裝成詞藻句子時，就彰顯了較具體的性質，大自然中的山岳谿谷、江海土石，甚至各種生物，都是各種原子、分子聚集的傑作，一「字」之差可以有截然不同的意義。

合成技術—分子建築師

Friedrich Wöhler 1800-1882

Robert Woodward (1817-1979)

合成技術的發展帶領人類具備複製物質及創造新物質的能力。

尿素 異氰酸銨

1828

Robert Burns Woodward 1917-1979

1940年後期，伍德沃德合成了許多複雜的天然產物分子，包括奎寧，膽固醇，可體松，馬錢子鹼，麥角酸，利血平，葉綠素，頭孢氨素，和秋水仙鹼。經過這些分子的合成，伍德沃德開創了有機合成的一個新紀元，稱為「伍德沃德時代」。

1965 Nobel Prize

合成天然物中複雜結構的分子及藥物合成

1068 1064 1060 1056 1052 1048 1044 1040 1036 1032 1028 1024 1020

無量大數 不可思議 那由他 阿僧祇 恒河沙 極 載 正 澗 溝 穰 杼 垓

1018

1016 1015 1012 109 108 106 104 103 102 101

0

京 兆 億 万 千 百 十 零

10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10-10 10-11 10-12 10-13 10-14 10-15 10-16 10-17 10-18 10-19 10-20 10-21

分 厘 毛 糸 忽 微 織 沙 塵 埃 渺 漠 模糊 逡巡 須臾 瞬息 彈指 剎那 六德 虛空 清淨

台大化學系彭旭明

從宇宙到夸克 從亙古到永遠 在經驗以外的時空之中 我們的生命能發現多少吉光片羽 成為自己與他人生命經驗之內的祝福

Evolution Genetics Molecular Biology Chemical Biology

Charles Robert Darwin, FRS 1809 – 1882)

Gregor Johann Mendel 1822 – 1884

James Watson (1928- ) Francis Crick (1916–2004),

生 命 的 長 河

在我們已知的世界上，人類創造「美」的心靈與欣賞美的方法沒有其他生物堪與比擬，人類跨越時空疆界與五官極限的理性思維也是無物可及。

智人是世界上個人慾望最複雜的生命， 但也是必須依存於社的動物。

殷商青銅時代 3000 BC

Egypt

1300BC

Seeking for lasting long

To reach the unreachable

Seeking for New Challenge

1982~ EPCOT, Florida 102 m

Age of Synthetic Materials – 「合成」大自然中從未曾有過的物質

Our epoch has witnessed the gradual replacement of traditional materials by synthetic ones. We have all seen that plastics can often substitute glass, porcelain, wood, metals, bones, and horn, the substitutes being frequently lighter, less fragile, and easier to shape and work. It has in fact been said that we live in the Age of Plastics.

我們的世代見證了傳統材料逐漸被合成材料所取代，目睹了塑膠代替了玻璃、陶瓷、木料、金屬、獸骨、獸角等，而且更輕、更堅固耐用、更易加工塑形。我們事實上是正式邁入了 塑膠時代。

藥物設計與開發

From rational design for chemical selectivity 化學特異功能的合理設計

拉塞福、莫斯利、波耳、薛丁格等及其他的科學家確立了原子結構，並且以革命性的實驗與理論闡述了原子的運作法則。 冥冥中，似乎每次有人敲對了原子的門路，人類的知識與文明就獲得了跨越的契機。

Moseley (1887-1915)

Bohr (1885-1962) Schrödinger

(1887-1961) 為什麼近代科學可以接受無人目睹的事物作為理性的基石

費曼曾說：人類如果只留下一句話來傳遞科學知識，那就應該是—

萬物是由原子組成… Richard Feynman (1918-1988)

波爾與薛丁格確立原子結構 使得二十世紀正式邁入—原子時代

從冥想玄學到博學審問慎思明辨篤行之路何等漫長 更重要的路是人走出來的

為什麼人類會在這塊特殊的土地上 以一種理性為本的態度思考問題認識這世界

當這種思考方式引領我們進入了一個肉眼不能企及的世界，其真實程度與絢麗多姿竟是毫不比五感所知的世界遜色!

但是社會需要能把專家的常識轉變成大眾的知識的媒體傳播。

Trust me! It has little to do with neither the right part nor the left part of your brain, but the whole one!

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化學系 陳 竹 亭

Thank you for your kind attention!