第4章 尋求哲人石(1)(2 / 3)

斯金納後來還設計出一種可怕的裝置,把鴿子訓練成原始的導彈定位係統。以前的導彈還不夠精確,要打中目標物很難,斯金納訓練出一批鴿子,讓它們在認出目標物的時候用嘴巴輕輕敲一下導彈,就能夠準確打中目標。當然導彈發射的時候,鴿子也完蛋了,這個實驗相當殘忍。

更淒慘的例子是哈利·哈洛[7]的“母親機器”,這個實驗研究的是小猴子與母親的關係。他發現如果小猴子從小就與母親隔離,即使用奶粉喂養得肥肥壯壯,它們還是會習慣縮在角落裏,喜歡變態地吸吮自己的手指或抱著毛毯不放。這是一種戀母情結,說明動物也有精神和情感需要。

後來哈洛就做了一些假媽媽,摸起來像真的一樣,另一邊放一個同樣體積的鐵絲網,不過裏麵有個奶瓶。他發現,小猴子也隻有餓了才過來吸奶瓶,絕大部分還是喜歡抱著那個假媽媽。後來哈洛又用了一些比較殘忍的方法,在這個假媽媽的身體裏藏鐵釘,或者讓它排放壓縮冷氣嚇唬小猴子,反複驅趕它。沒想到飽受虐待的小猴子還是會過來貼著這個毛茸茸的假媽媽。

哈洛的另一個實驗叫“絕望陷阱”,就是把猴子放在一個漏鬥狀的籠子裏,開始它還不斷順著陡峭的籠壁向上爬,後來發現徒勞無果,就孤獨失望地坐在那裏,好像得了抑鬱症。實驗本身也許很有科學價值,但是動物們實在很可憐。據說哈洛本人的家庭也不幸福,他是個出了名的酗酒狂和工作狂。他的研究與愛有關,但實驗本身卻沒有一點人性的溫暖。

(主講梁文道)

《如何幫地球量體重》

莊嚴的實驗

羅伯特·克裏斯(RobertP.Crease,1953-),紐約石溪大學哲學係教授,布魯克海文國家實驗室的史學家,《物理學世界》雜誌專欄作家,著有《創造物理學》《二度創世:二十世紀物理學的革新先驅》等。

真正在動的並不是那個擺,而是我們所站立的地球。

這本書的副標題是“史上最美的科學實驗”。我們常說科學是很美的,但是這種美可能更多是在理論和觀念上,比如一個簡潔的方程式,也許具有某種代表理想秩序的美感。作者曾經在物理學界內部的一個刊物上開設專欄,讓同行們投票選出自己心目中最美的實驗是什麼,後來經過篩選就編成了這本書。

為什麼做實驗也可以很美呢?作者試圖先從哲學層麵回答這個問題。實驗是動態的,這就區別於書畫和雕像,而更像戲劇表演,人們通過有計劃地布置和觀察,得出他們感興趣的結果。做實驗又不同於變戲法,不像從帽子裏拉出一隻兔子那麼簡單,精心策劃的結果是為了讓謎團自己開口說話。數學家哈代說過,實驗之美就在於它能夠顯示事物深層次的東西,讓它所含的元素開口說話,並改變我們對它的認識。

例如,卡文迪什[8]測量萬有引力的“扭秤實驗”[9],這個實驗在18世紀很有影響,它的目的是“幫地球量體重”。這聽起來是有些不可思議,一般稱重都是使用秤,怎麼才能把地球掛在秤上呢?卡文迪什這個實驗非常精密,他的方法是先測出地球密度,再推算出它的重量。

英國皇家學會曾特別委任一個“萬有引力委員會”來測量地球的密度,卡文迪什是其中的一員。萬有引力與地球密度有什麼關係呢?牛頓發現,物體之間的萬有引力和它們的密度是成正比的,如果用不同物質的相對密度去猜測地球的密度,結果會相當精確。但是這個實驗相當困難,因為很難排除幹擾,比如空氣的流動和溫度,以及杠杆本身的密度如何計算等等。卡文迪什的實驗當然成功了,他精確地把握了實驗過程,排除了各種幹擾條件,使這個實驗成為科學史上的經典。

卡文迪什的扭秤裝置讓我想起“傅科擺”[10],這個裝置在很多博物館裏都能看到,它通常是從三四層樓高的天花板上垂下來,末端掛一個鉛錘或鐵球,下麵則是一個轉動的羅盤,而球就在空曠的室內空間裏緩緩地來回擺動。

當大家一起觀看這個裝置的時候,往往都會覺得那是一種令人震撼的美。即使不知道這個實驗是做什麼用的,但這個巨大的景觀本身就足以讓人窒息了。那個圓球擺動的節奏緩慢而悠長,在空曠的博物館裏更顯得神聖莊嚴。

傅科最初注意到這個問題,是為了拍攝恒星照片。因為地球自轉的關係,如果曝光時間過長,恒星會拍得比較模糊。後來傅科發明了一種擺動裝置,讓相機在曝光過程中可以固定指向恒星,跟著它擺動。當然這個裝置用的不是細繩,而是類似現在鍾表裏用的一種金屬撥棒。

發現這個原理之後,傅科就設計了這種球擺做展示用。底下的轉盤相當於地球,而周圍的空間則是宇宙。當我們把球擺吊在轉盤上動起來的時候,就會看到,它並沒有跟著底下的圓盤轉動,擺的振蕩麵與圓盤無關,因此可以說它是周圍空間的一部分,並不附屬於圓盤。現在全世界都能看到這種傅科擺,它們被吊在各地的大樓中央來回擺動。根據牛頓定律,這些自由運動物體是朝著相同方向移動的,除非施加作用力,方向不會改變。底下羅盤的旋轉完全不會對擺有任何影響,它的方向維持不變。在全世界不同地點,這些擺的幅度和速度會略有不同,我們通過這個變化可以計算出自己所在的緯度。