- 專欄
文章專區
2017-11-01看見宇宙 一 光的故事
575 期
Author 作者
余海峯／天體物理學家、科學專欄作家。瑞典皇家理工學院博士後研究員，研究興趣為伽瑪射線暴輻射機制。
光是什麼？自古希臘時期以來，光的本質困擾了科學家2000 多年。直到今天，物理學家雖已能用精確的數字去描述每種電磁波動，就其本質而言，或許我們知道的並不比先哲們多得多少，就讓我們來看看光的故事。
古希臘：發射或接收？
距今 2400 多年的古希臘，有位哲學家叫恩培多克利 （Empedocles，西元前490 ~前430）， 他認為光是種射線。 可是與我們的常識相反，他並非認為物體發光（或反射光線） 進入我們的眼睛，所以我們就看得見 。他認為光是從我們的 眼睛發射出去的一種射線，接觸到物體後讓我們看得見。
這個在現代常識裡看起來異想天開的理論，在古希臘時代可能沒有那麼奇怪。當時的哲學家們並不是靠嚴謹的邏輯和實驗證據建立科學理論，而是圍坐在一起討論，如果大家意見一致，就會成為「真理」！而這個眼睛發射光線的理論，就 成為了柏拉圖（Plato，約西元前428 ~前347）學派的真理。
柏拉圖就是著名的古希臘科學家亞里士多德（Aristotle，西元前384~ 前322）的老師。16 世紀，義大利畫家拉斐爾 （Raffaello Sanzio，1483~1520）畫了一幅著名的壁畫《雅典學院》（Scuola di Atene）， 上面畫了很多古希臘科學和哲學家。柏拉圖和亞里士多德就在畫作正中間，柏拉圖手指向天，亞里士多德掌心向地。有指拉斐爾可能想表達兩師徒對哲學和科學的不同看法：柏拉圖認為知識是可以從腦海中純粹以邏輯推理取得，而亞里士多德則認為必須觀察世間萬物才能獲得真正的知識。
柏拉圖相信光是從眼睛發射出去的，可是他的學生亞里士多德則認為相反，是眼睛接收到物件發出的光線才讓我們看得見。亞里士多德主張知識必須從觀察獲得，而非紙上談兵。 可能因為伽利略（Galileo Galilei，1564~1642）推翻了他的「重物比輕物下墜更快」理論，很多人都以為亞里士多德是柏拉圖派的。恰恰相反，他其實是個實驗科學家，很多理論都是透過觀察自然而得的。當然，就像重力這個問題，他觀察得不太入微就是了。
光線當然不是從眼睛發射出去的。不過，這個理論卻一直被古希臘以柏拉圖為首的先哲們所接受，甚至連大名鼎鼎的數學 家歐幾里得（Euclid，約西元前330 ~ 前275）也曾相信。歐 幾里得寫了一本幾何學巨著《幾何原本》（Elements），由5條公理推導出當時已知的所有幾何學定理。《幾何原本》流傳 2000 多年，連愛因斯坦（Albert Einstein，1879~1955）亦曾說過，《幾何原本》啟發了他進入科學的世界。
歐幾里得是歷史記載首個假設光的路線是直線的人，更以數學描述光的反射定律（law of reflection）。其實，他並未完全接受恩培多克利的眼睛發射理論，歐幾里得提出了一個疑問：如果光真的從眼睛出發，那麼為何當我們打開眼睛的瞬間，就能夠看見遙遠的星星？除非光速是無限快，否則眼睛發射理論就不能成立。
到了盧克萊修（Titus Lucretius Carus，約西元前99 ~前 55）的時代，人們仍然堅信光是從眼睛發射出去的。不過， 盧克萊修卻持相反觀點，他認為光和熱均來自太陽的粒子，他同時認為光的速度非常快，且能穿越空氣。
以現代人的角度去想，其實頗難想像當時的人為何會相信發射理論。由一個非常簡單的事實就能將其推翻：如果光是由眼睛發射出來的，為何會有黑暗存在？……【更多內容請閱讀科學月刊第575期】